光導耦合器件的案例
VirtualLab：用于光導耦合的傾斜光柵的分析
摘要
傾斜光柵通常用于將光耦合到光學光導中，因為它們在特定的衍射級上具有很高的效率。目前，它們經常應用于增強現實和混合現實應用中。我們展示了如何使用VirtualLab Fusion來分析文獻中的某些傾斜光柵幾何形狀，具體參數包括傾斜角度、填充因子和調制深度。此外，還研究了不同入射角對衍射效率的影響。
建模任務
衍射效率vs相對深度
衍射效率vs傾斜角度
衍射效率vs填充系數
衍射效率vs入射角度
在VirtualLab Fusion中查看
VirtualLab Fusion中的工作流程
-光導耦合光柵結構的配置
-斜面光柵的高級配置[用例］
-通過使用特殊介質配置光柵結構[使用案例] -通過使用界面配置光柵結構[用例]
-通過使用接口配置光柵結構[用例]
-分析耦合光柵的衍射效率
-用于評估光導耦合光柵的定制檢測器[用例］
-通過對特定參數的掃描來檢查效率
-利用參數運行[用例] -利用參數運行[用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
更多閱讀
-Parametric Optimization and Tolerance Analysis of Slanted Gratings
-Configuration of Grating Structures by Using Special Media
展開 用于期望視場中光導耦合的二元光柵的優化
摘要
耦合光柵通常用于將期望視場（FOV）內的光發射到光導結構中，VirtualLab Fusion可用于研究此類耦合光柵的性能。在所有期望角度上獲得均勻的耦合效率是一項具有挑戰性的任務，來自Dynardo的軟件optiSLang通過使用VirtualLab Fusion的嚴格光柵分析工具作為計算內核，提供了執行此類優化任務的有效方法。 優化任務
優化工作流程? 應用以下優化工作流程來設計用于有效光導耦合的二元光柵1. 定義輸入2. 執行仿真3. 計算輸出4. 檢查目標5.
[VirtualLab] 用于期望視場中光導耦合的二元光柵的優化
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
- ?光導耦合的斜光柵分析
- 單入射方向光導耦合光柵的優化
- RDO-期刊論文：“光學和光子學中的創新 – VirtualLab Fusion和OptiSLang”
單入射方向光導耦合光柵的優化
將光耦合到光導中在現代光學的各種應用中具有重要意義。在VirtualLab Fusion中，使用傅立葉模態方法和參數優化工具，可以優化實際光柵幾何形狀，從而實現特定衍射級的最佳耦合效率。 該示例示出了針對一個特定入射方向優化矩形光柵以獲得最佳光導耦合效率的設計策略。
摘要
VirtualLab：用于光導耦合的傾斜光柵的分析
摘要
傾斜光柵通常用于將光耦合到光學光導中，因為它們在特定的衍射級上具有很高的效率。目前，它們經常應用于增強現實和混合現實應用中。我們展示了如何使用VirtualLab Fusion來分析文獻中的某些傾斜光柵幾何形狀，具體參數包括傾斜角度、填充因子和調制深度。此外，還研究了不同入射角對衍射效率的影響。
建模任務
衍射效率vs相對深度
衍射效率vs傾斜角度
衍射效率vs填充系數
衍射效率vs入射角度
在VirtualLab Fusion中查看
VirtualLab Fusion中的工作流程
-光導耦合光柵結構的配置
-斜面光柵的高級配置[用例］
-通過使用特殊介質配置光柵結構[使用案例] -通過使用界面配置光柵結構[用例]
-通過使用接口配置光柵結構[用例]
-分析耦合光柵的衍射效率
-用于評估光導耦合光柵的定制檢測器[用例］
-通過對特定參數的掃描來檢查效率
-利用參數運行[用例] -利用參數運行[用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
更多閱讀
-Parametric Optimization and Tolerance Analysis of Slanted Gratings
-Configuration of Grating Structures by Using Special Media
展開 單入射方向光導耦合光柵的優化
摘要
將光耦合到光導中在現代光學的各種應用中具有重要意義。在VirtualLab Fusion中，使用傅立葉模態方法和參數優化工具，可以優化實際光柵幾何形狀，從而實現特定衍射級的最佳耦合效率。 該示例示出了針對一個特定入射方向優化矩形光柵以獲得最佳光導耦合效率的設計策略。
優化任務
尋找合適的初始解（正入射）
基于初始解進一步優化（正入射）
15°斜入射的光柵優化
優化光柵結構的對比
看看VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 光導耦合光柵結構的配置
- 使用特殊介質配置光柵結構[用例]
- 使用界面配置光柵結構[用例]
? 分析耦合光柵衍射效率
- 用于光導耦合光柵評估的自定義探測器[用例]
? 粗略掃描參數以找到初始解
? 基于參數優化進一步優化光柵結構
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀 - 光導耦合的斜光柵分析
展開 [VirtualLab] 單入射方向光導耦合光柵的優化
摘要
將光耦合到光導中在現代光學的各種應用中具有重要意義。在VirtualLab Fusion中，使用傅立葉模態方法和參數優化工具，可以優化實際光柵幾何形狀，從而實現特定衍射級的最佳耦合效率。 該示例示出了針對一個特定入射方向優化矩形光柵以獲得最佳光導耦合效率的設計策略。
優化任務
尋找合適的初始解（正入射）
基于初始解進一步優化（正入射）
15°斜入射的光柵優化
優化光柵結構的對比
看看VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 光導耦合光柵結構的配置
- 使用特殊介質配置光柵結構[用例]
- 使用界面配置光柵結構[用例]
? 分析耦合光柵衍射效率
- 用于光導耦合光柵評估的自定義探測器[用例]
? 粗略掃描參數以找到初始解
? 基于參數優化進一步優化光柵結構
VirtualLab Fusion技術
文件信息
展開 用于期望視場中光導耦合的二元光柵的優化
優化任務
耦合光柵通常用于將期望視場（FOV）內的光發射到光導結構中，VirtualLab Fusion可用于研究此類耦合光柵的性能。在所有期望角度上獲得均勻的耦合效率是一項具有挑戰性的任務，來自Dynardo的軟件optiSLang通過使用VirtualLab Fusion的嚴格光柵分析工具作為計算內核，提供了執行此類優化任務的有效方法。
?
原則上來說這是循環重復過程，直至目標達成
?
根據優化策略，新算法定義了新的輸入參數
5.
執行優化
4.
檢查目標
3.
計算輸出
2.
執行仿真
1.
定義輸入
?
應用以下優化工作流程來設計用于有效光導耦合的二元光柵
優化工作流程
展開 應用在電氣絕緣領域的光電耦合器件
光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105～106Ω。據分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的雜訊電壓會很小，只能形成很微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使二極體發光，從而被抑制掉了。
光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾雜訊都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產生。
光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當外部設備出現故障，甚至輸入信號線短接時，也不會損壞儀表。因為光耦合器件的輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏的高壓。光電耦合器的回應速度極快，其回應延遲時間只有10μs左右，適于對回應速度要求很高的場合。
推薦一款由工采網代理的來自臺灣美祿的光耦合器，光耦 - MPC101X,MPC101X系列結合了砷化鋁鎵紅外發射二極管作為發射極，該發射極管光學耦合到塑料LSOP4封裝中的硅平面光電晶體管探測器，具有不同的鉛形成選項。MPC101X系列具有堅固的共面雙模子結構，具有最穩定的隔離特性。
光耦合器屬光電器件中之一環，系一發光及受光元件的組合體，借由光的傳輸達到導通的要求，為一理想的絕緣體，因此在許多電子電器產品上，皆采用此器件作為【高壓隔離】用途。發光器件通常為發光二極體，受光器件通常在低階產品為光二級管/光三級管/光晶閘管，高階產品為光耦合積體電路。
臺灣美祿在光耦合器領域頗有建樹，技術以及產品方面已經很完善，如果想了解更多光耦合器的技術資料，歡迎致電聯系：133 9280 5792(微信同號)
展開 MEMS器件多物理場耦合仿真分析
其來自于MEMS制造過程，通常會在器件中留下明顯的殘余應力。殘余應力顯著影響器件在吸合電壓、特征頻率和偏轉方面的性能特征。因此我們可以為選定的有限元指定初始應力狀態，以模擬殘余應力。
使用的仿真工具
ANSYS Mechanical
ANSYS ACT
靜電-結構耦合仿真
靜電-結構耦合模擬對于表征微鏡的驅動和吸合（pull-in）性能至關重要。
從往期研究分析中得知：平板在靜電縫隙減小1/3時發生微鏡的吸合；對于扭轉致動而言：當邊緣處的微鏡縫隙減小約44％時發生吸合。電壓若進一步增加可能會導致“災難性”吸合，整個微鏡結構會塌陷變形。
（注：摩擦力-MEMS設備中的重要考慮因素不包含在此分析中）
◆ 微鏡基底和驅動電極之間的靜電狹縫為3μm。
◆ 電壓從0 V升至50 V，然后又從50 V降至0V。雖然驅動要求可能僅需12 V，但在這里我們將使用幅值范圍內的電壓以研究整個MEMS器件的物理性能。
◆ 非線性機電轉換單元（TRANS126）將被用于耦合機電場，因為TRANS126 EMT單元允許靜電和結構的直接耦合，并且內置了接觸功能，可阻止電極與對立的接地層之間的接觸。
TRANS126單元是用EMTGEN宏生成的。該宏需要MAPDL命令，這些命令通過在靜態結構分析中插入命令流片段的方式輸入，創建與微鏡電極對應的節點組。
假設驅動電極接觸止推的偏移量為0.1μm。
展開 MEMS器件多物理場耦合仿真分析
作者在ANSYS Workbench平臺上，利用ANSYS Mechanical 和ANSYS ACT對MEMS器件（包括微鏡）進行仿真模擬，解決了MEMS器件相關的多場耦合和結構非線性問題。
微鏡是以單獨或陣列形式用于顯示器、便攜式投影儀及其他光學設備的MEMS器件。為了聚焦光線于一組微鏡，每個反射鏡須隨應用情況旋轉角度，調節反射鏡旋轉角度會涉及到側向偏移和扭轉兩種運動。
為解決這兩種運動引起的問題，Ozen Engineering用ANSYS Mechanical和ANSYS ACT開發了新的仿真過程，以改良MEMS微鏡，促進其廣泛應用。
挑戰
許多MEMS器件如開關、陀螺儀和微鏡都會經歷大轉動。這些器件中的開關通常是兩端受約束并發生側向偏移。
這兩種情況都會在有限元模擬中引入幾何非線性效應，但引入幾何非線性效應后會出現以下兩個主要現象：
l 大撓度
當單元方向因轉動而改變時，局部剛度會向整體轉換。單元應變產生明顯的面內應力（膜應力）時，面外剛度顯著改變。
l 有應力剛化的大撓度
大的膜應力（SX）引起的硬化響應。隨著垂直撓度的增加（UY），較大的膜應力（SX）導致剛化響應。
許多MEMS器件會同時表現出大撓度和應力剛化。在模擬過程中，如果不對這兩個現象進行適當的處理，求解的結果將會出現明顯偏差。
另一個影響因素被稱為初始應力。其來自于MEMS制造過程，通常會在器件中留下明顯的殘余應力。殘余應力顯著影響器件在吸合電壓、特征頻率和偏轉方面的性能特征。因此我們可以為選定的有限元指定初始應力狀態，以模擬殘余應力。
展開 
AR和MR光波導器件耦合光柵的優化
本周，我們將繼續深入討論這個話題，看看光波導系統耦合光柵的優化。由于它們的尺寸小和自由參數很多的特點，這些任務眾所周知地極具挑戰性。 快速物理光學軟件VirtualLab Fusion通過其波導工具箱提供了一系列方便的工具，可在設計過程中幫助光學工程師。例如用于光柵結構配置的用戶友好的工作流程，用于光柵分析的嚴格傅里葉模態算法(FMM)，以及參數優化方法和一些針對光波導的系統設計方法。 在下面的例子中，您可以看到這些工具中的一些發揮作用：
連續調制光柵區域光波導的優化
本例演示了如何通過EPE和外耦合器區域連續變化的光柵占空因子來優化光波導，以實現眼動范圍內足夠的橫向均勻性。
單入射方向光波導耦合光柵的優化
我們演示了針對特定入射方向優化矩形光柵的設計流程，以獲得特定衍射級次的最大效率。
展開 VirtualLab：AR和MR光波導器件耦合光柵的優化
我們將繼續深入討論這個話題，看看光波導系統耦合光柵的優化。由于它們的尺寸小和自由參數很多的特點，這些任務眾所周知地極具挑戰性。
快速物理光學軟件VirtualLab Fusion通過其波導工具箱提供了一系列方便的工具，可在設計過程中幫助光學工程師。例如用于光柵結構配置的用戶友好的工作流程，用于光柵分析的嚴格傅里葉模態算法(FMM)，以及參數優化方法和一些針對光波導的系統設計方法。
在下面的例子中，您可以看到這些工具中的一些發揮作用：
連續調制光柵區域光波導的優化
本例演示了如何通過EPE和外耦合器區域連續變化的光柵占空因子來優化光波導，以實現眼動范圍內足夠的橫向均勻性。
單入射方向光波導耦合光柵的優化
我們演示了針對特定入射方向優化矩形光柵的設計流程，以獲得特定衍射級次的最大效率。
展開 AR和MR光波導器件耦合光柵的優化
本周，我們將繼續深入討論這個話題，看看光波導系統耦合光柵的優化。由于它們的尺寸小和自由參數很多的特點，這些任務眾所周知地極具挑戰性。
在上周的通訊中，我們強調了分析基于光波導的增強和混合現實(AR & MR)設備的一些挑戰。
連續調制光柵區域光波導的優化
我們演示了針對特定入射方向優化矩形光柵的設計流程，以獲得特定衍射級次的最大效率。
【Lumerical系列】無源器件-端面耦合器1丨綜述
性能度量參數
在評估端面耦合器的性能時，有一些通用的度量參數，包括耦合效率（或耦合損耗）、器件尺寸、工作帶寬、制造容差和未對準容差。
耦合效率：是指端面耦合器內部光傳輸和模式轉換之后的輸出功率與輸入功率的比率。實現高耦合效率是設計光耦合器的主要目標。端面耦合器的耦合效率可以簡化為多個因素的乘積，起主要作用的是重疊積分部分，可表示為下式：
其中， 和 分別為光纖模式電場的復振幅和硅波導端面模式電場的復振幅，A表示模場面積。
器件尺寸：考慮到集成密度、制造可行性和封裝難度，器件尺寸是定義端面耦合器優點的另一個重要參數。由于端面耦合器通常由縱向形狀的錐形組成，因此實現緊湊的端面耦合器的主要思想是減小器件長度。
工作帶寬：端面耦合器具有大工作帶寬的固有優勢，因為它基于光的傳播特性而不是光柵耦合器中光的衍射效應工作。大工作帶寬意味著端面耦合器可以在寬的波長范圍內高效穩定地工作，對波長波動不敏感。
容差：由于結構對稱性和簡單性，基于單個錐形的端面耦合器易于制造且簡單，并且具有良好的制造偏差容限和未對準容限。
端面耦合器在水平方向上的結構變換
1. 基于非線性輪廓倒錐形的端面耦合器
線性錐形耦合器的主要優點是其結構簡單和易于制造，而這種結構簡單也導致尺寸極大和耦合效率有限，特別是對于與具有大光斑尺寸光纖的光耦合。在此背景下，非線形倒錐形結構得到廣泛研究，常見變換包括多截面錐形、拋物線錐形或二次錐形以及指數錐形，分別如圖2（b）-（d）所示。
圖2 倒錐形類型（a）線性型；（b）多截面型；（c）拋物線型；（d）指數型
2. 基于多尖端錐形和多錐形的端面耦合器
多尖端錐形被廣泛用于提高模式重疊效率，其結構如圖3（a）所示。該結構由多個尖端組成的錐面，可形成疊加模式，從而增大模場直徑，能更好與光纖模式進行匹配。
展開 