波導光學設計的案例
AR衍射光波導設計遇瓶頸，OAS 光學軟件來破局
AR 衍射光波導的設計仿真與分析
簡介
目前 AR 衍射光波導發展迅速，對于衍射光波導的設計與仿真也在整體設計中起到重要的作用。本文重點介紹國產光學軟件 OAS (Optical Advanced Software) 對 AR 衍射光波導的設計與仿真分析，可以同時分析宏觀的幾何光線追跡和微觀衍射光柵的跨尺度仿真，分析整體系統的傳輸效率及成像效果。
1.AR 衍射光波導系統
下圖為 AR 衍射光波導系統的結構視圖，包括一維光柵光波導和二維光柵光波導，從波導的法向方向查看，對于一維光柵波導，入射光通過耦入光柵耦入進波導進行全反射的傳播，然后通過轉向光柵改變光在波導中的傳播方向并進行擴瞳，最后通過耦出光柵將波導的光耦出到人眼并進行成像。對于二維光柵波導結構，由于二維光柵的衍射特性，可以同時起到耦出和擴瞳的作用，因此該結構可以只使用兩個光柵來進行波導的設計，可以進一步縮小波導的體積，便于集成化的設計。
圖1.1 衍射光波導系統結構視圖（波導法向視圖）。(a) L型三分區一維光柵波導；(b) 二維光柵波導
2.光柵設計
AR 設計中不同光柵的作用不同，相對的，光柵的工作級次和周期等參數也有所不同。光柵對入射光波長的敏感性，不同參數下對應的光柵工作級次的衍射效率等都是需要考慮的指標。下述為常見光柵設計的方法。
對于工作波長450nm的藍光，光源介質為空氣入射到光柵上，光柵基底材料為熔融石英，考慮其透射+1級的衍射效率。對于如下所示的鋸齒光柵。
圖2.1 鋸齒光柵結構示意圖
對于這樣的一個初始結構的選擇，可以在 OAS 軟件中進行相應的建模和仿真。確定入射光的波長和方向（入射角為0°），鋸齒光柵的初始結構，周期350nm，最后便是對軟件中探測器的建立，整體的光柵系統用于分析光柵的性能。
展開 光波導設計“避坑指南”：90%工程師踩過的坑，OAS光學軟件提前規避
02/光學軟件在“四大瓶頸”中的困難
四大技術瓶頸的破解，離不開專業光學軟件的支撐，但當前主流光學軟件在適配光波導場景、解決核心瓶頸時，存在諸多難以突破的困難，成為工程師設計過程中的主要“坑點”。
? 跨尺度仿真斷層，精度與效率失衡
? 光柵優化與色散分析能力不足
? 雜散光分析與工藝適配不足
? 行業適配性差且缺乏自主可控能力
03/OAS光學軟件精準規避設計陷阱
（OAS光學軟件主界面）
? 跨尺度耦合仿真，平衡三大核心指標
OAS軟件集成幾何光學到波動光學的跨尺度仿真，打通宏觀光路與微觀光柵的仿真壁壘，無需多軟件切換，實現毫米級到納米級全尺度無縫仿真。
? 精準色散校正，消除色偏與彩虹效應
針對全彩化過程中的色偏、彩虹效應，OAS軟件內置偏振與色散專項分析模塊，可精準模擬RGB三色光的傳播特性與色散規律，生成針對性校正方案。
? 提前規避隱患，適配國內量產工藝
OAS光學軟件為國產自主研發，無授權限制，解決“卡脖子”與成本偏高問題。內置海量材料庫與多種波導模板，一鍵生成初始模型，將建模周期大幅縮短。
04/總結
光波導行業正處于高速發展的關鍵階段，四大核心技術瓶頸是行業普及的主要障礙，而傳統光學軟件在破解這些瓶頸時的諸多困難，更是讓多數的光學工程師陷入設計陷阱。
OAS是一款立足國內產業鏈需求，以簡潔、高效、專業的核心功能，幫助工程師規避各類隱患的光學軟件。
展開 活動報名 | 共探微納光學未來 — OAS光學軟件光波導+超表面解決方案交流會
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光波導+超表面解決方案線下活動
當下，AR/VR、光通信、超透鏡、微納成像等領域飛速發展，光波導作為 AR 顯示核心、超表面作為光學系統小型化關鍵，設計與仿真難度陡增。
2026年5月15日，OAS 光學軟件光波導仿真 + 超表面仿真解決方案線下活動將于上海舉辦，助您掌握光波導/超表面仿真設計核心技能。誠邀光學領域各位專家、老師、學者齊聚，零距離體驗國產自研光學仿真的硬核實力！
01/行業痛點，一鍵破解
當前光波導與超表面設計面臨多重困境：
?模型搭建復雜、參數優化繁瑣，傳統工具效率低、精度不足；
?跨尺度仿真難兼顧，幾何光學到波動光學銜接斷層；
?國產替代需求迫切，自主可控的專業仿真工具稀缺。
02/軟件強效助力光波導/超表面仿真
（軟件主界面）
OAS光學軟件軟件能夠在3D空間中通過序列和非序列光線追跡技術，精確模擬光學系統的性能表現。
軟件集成幾何光學到波動光學的跨尺度仿真，打通宏觀光路與微觀光柵的仿真壁壘，無需多軟件切換，實現毫米級到納米級全尺度無縫仿真。
展開 國產光學軟件突破 | 3D可視化衍射光波導仿真
目前，該成果已以相關論文形式發表于國產核心期刊《中國光學》第 18 卷第 4 期，相關光波導模塊已正式嵌入武漢二元科技有限公司的 OAS（Optical Advanced Software）軟件。
（a）投影光機系統布局（b）投影光學系統的MTF（來自原文）
OAS 光學軟件的光波導設計功能非常便捷，該功能將構建更為高效、精準的設計流程，進一步推動光學領域的發展。目前軟件已在光波導設計中展現卓越效能，為科研人員和工程師提供技術保障。
基于comsol的光學環形波導諧振腔，三環諧振
三圓環 波導諧振.rar
（轉載至：百度百科、comsol官網）
最簡單的光環諧振器由直波導和環形波導組成。波導互相靠近放置，使得光在兩個結構之間相互影響。如果環周圍的傳播長度是波長的整數倍，則場發生諧振，并在環中形成一個強場。
一部分光在環形波導周圍傳播后，重新與直波導耦合，并干涉入射光。在諧振時，可以獲得完全相消干涉，而沒有透射光，使得光環諧振器成為理想陷波濾波器，阻止諧振波長的光。
光環諧振器是光子集成電路中具有研究價值的構件。由于在硅光子等集成電路中具有高折射率對比度，因此可以制造非常小的電路。
本次模型，三環波導諧振腔，設置了不同的半徑R，三個圓環將在不同的三個波長下出現諧振耦合，如下動圖中出現的波峰。
模型文件在文中開頭，需要的可以下載，加密文件如需密碼可以私信我。謝謝。
展開 AR/VR衍射光波導性能提升遇阻？OAS光學軟件有方法
衍射波導準直系統設計案例
簡介
在現代光學顯示技術中，衍射光波導系統因其獨特的光學性能和緊湊的結構設計，在增強現實（AR）、虛擬現實（VR）等領域展現出巨大的應用潛力。本案例聚焦于衍射波導準直系統，旨在通過 OAS 光學軟件深入探究其光學性能，為系統的優化設計提供有力依據。
OAS 軟件在案例中的應用
光波導設計
利用OAS的布局設置，更改光波導的需求參數，OAS可以直接生成相應初始光波導結構，包含光源、耦入光柵、耦出光柵、轉向光柵、眼盒等。設置好入射光的波長，光線尺寸等光線信息，光源到光波導的距離、視場、入射光介質、眼盒的尺寸、光波導材料，耦入耦出光柵的方向周期等等一系列參數，能夠通過內部算法計算得出。后續還有K空間可視化、光柵足跡分析、結果查看、PSF/MTF分析等。
光線追跡分析
利用 OAS 光學軟件對該衍射光波導系統進行光線追跡模擬。如圖所示，在完成光線追跡后，清晰展示了光線在整個系統中的傳播軌跡，包括從光源發出，經過一系列光學組件，最終進入衍射光波導部分的全過程。這一過程幫助研究人員準確把握光線走向，為后續分析奠定基礎。
像面輻照度分布分析
OAS 軟件進一步對像面的輻照度分布進行分析，結果以對數（lg）形式呈現于圖中。輻照度分布反映了像面上不同位置接收到的光能量密度。通過對像面輻照度分布的分析，能夠清晰了解系統成像的均勻性以及能量分布情況。
案例結果分析
雜散光現象
在輻照度圖上，可觀察到存在少量雜散光。雜散光的出現會降低系統成像的對比度和清晰度，對系統的性能產生不利影響。因此，準確識別雜散光來源并加以解決是優化光學系統的重要環節。
雜散光來源剖析
經深入分析，這些雜散光主要來源于透鏡準直系統。
展開 通過在增強現實顯示器衍射光波導中插入光學中間層實現角度選擇性衍射效率增強
傳統的入射耦合光柵設計僅致力于提高一階衍射效率，卻未考慮光波導中衍射光的多次相互作用，因此存在不足。本研究中，為優化耦合光柵設計，引入了入射耦合表面浮雕光柵的背耦合損耗（BCL），以及到達出射耦合光柵的光功率與入射光功率的比值（定義為波導光效率，OEW）。通過在波導與光柵之間插入中間層，我們展示了一種兼具獨特角度選擇性與高衍射效率的簡單有效的方案。引入區域選擇性氟化鎂（MgF?）中間層后，在 40° 視場角下，優化后的平均波導光效率從 8.02% 提升至 8.34%，其均勻性從 24.83% 提升至 35.02%。
展開 AR-HUD 光波導方案優化難題待解？OAS 光學軟件來破局
波導-HUD系統案例分析
簡介
光波導技術憑借其平板超薄結構和強大的二維擴展能力，在解決AR-HUD問題方面展現出顯著優勢。一方面，其獨特的結構特性能夠大幅減小對光機體積的需求，成為 HUD 未來發展的重要技術方向；另一方面，作為 AR 眼鏡的主流方案，光波導技術在設計與加工工藝上已趨于成熟，可將 HUD 對光機體積的需求有效轉換為對更大出光面積的需求，從而為 AR - HUD 技術的革新提供了新的可能。本案例將運用 OAS 光學軟件，深入分析光波導在 AR - HUD 系統中的應用，探索其優化設計方案。
實驗設置與操作
參數配置
光波導板的參數直接影響光束傳輸與成像效果，其基板材料選用高折射率的光學玻璃，折射率為 1.7，板厚設定為 3mm，以保證光波導的傳輸效率與結構穩定性；波導內反射膜層采用多層介質膜結構，反射率在特定波段（如 450 - 650nm）下達到 95% 以上，確保光束在波導內的多次反射與高效傳輸。
耦合光柵作為光束導入與導出波導的關鍵元件，其周期設為 500nm，占空比為 0.5，光柵深度為 200nm，通過優化光柵參數實現光束與波導的高效耦合。此外，針對 AR - HUD 系統中的照明光源，選用高亮度、窄光譜的微型 LED 陣列，單顆 LED 的發光角度為 15°，中心波長為 520nm，輸出功率為 50mW，以滿足系統對亮度與色彩的需求。
模型搭建和參數設置
首先創建光波導板三維模型，精確設置其空間位置與方向；隨后添加耦合光柵模型，確保光柵與波導板的精確對接，實現光束的順利耦合。將微型 LED 陣列光源布置在合適位置，模擬實際照明效果。
完成模型搭建后，對系統參數進行全面配置。
展開 [VirtualLab論文] 通過在增強現實顯示器衍射光波導中插入光學中間層實現角度選擇性衍射效率
傳統的入射耦合光柵設計僅致力于提高一階衍射效率，卻未考慮光波導中衍射光的多次相互作用，因此存在不足。本研究中，為優化耦合光柵設計，引入了入射耦合表面浮雕光柵的背耦合損耗（BCL），以及到達出射耦合光柵的光功率與入射光功率的比值（定義為波導光效率，OEW）。通過在波導與光柵之間插入中間層，我們展示了一種兼具獨特角度選擇性與高衍射效率的簡單有效的方案。引入區域選擇性氟化鎂（MgF?）中間層后，在 40° 視場角下，優化后的平均波導光效率從 8.02% 提升至 8.34%，其均勻性從 24.83% 提升至 35.02%。
展開 Ansys Zemax光學設計軟件技術教程：光學系統設計中如何使用玻璃替換方法
通過使用玻璃替換模板，您可以確保選擇的玻璃不僅僅符合光學標準，還符合其他重要標準。光研科技南京有限公司是國內可靠的Ansys Zemax光學設計軟件代理商！公司已經為廣大企業，研究所以及高校提供了很多優秀的相關產品和服務，在行業內建立了值得信任的口碑。
Ansys Zemax光學軟件
咨詢與訂購方式
聯系人：光研科技南京有限公司徐保平
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微信號：13627124798
第十二屆“宇瞳杯”光學設計大賽--中波紅外成像光學系統設計
所得到的組合后的二維圖如下：
將光闌放置在冷光闌位置，控制系統焦距，對鏡片形狀進行優化，逐步增加視場角，從而獲取到一個視場角滿足要求的光學系統初始結構，隨后，我們通過增加非球面鏡片，控制總長為180，進一步優化光學系統。優化后的光學系統結構圖如下所示：
MTF如下圖：
圖13.系統MTF曲線圖
然后再做無熱化設計。設置三重組態，將材料設置為hammer，優化玻璃。最終的二維如下圖所示。
20℃MTF
-40℃MTF
60℃MTF
畸變圖
最后，有相關需求，歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
SYNOPSYS 光學設計軟件課程六十五：VR 眼鏡 pancake 光學設計
</p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify">實際應用中，從顯示屏發出的圓偏振光（假設為左旋）通過半透半反鏡（第三片透鏡）進入光學系統。當穿過第二片透鏡和 Half Mirror 時，透射50%的光并保持左旋圓偏振光（LCP）。然后，通過 QWP 將其轉化為S偏振光。PBS 反射S偏振光，重新通過 QWP ，轉化成為左旋圓偏振光（LCP），穿過第二片透鏡，到達半透半反鏡（第三片透鏡）右側S6時反射當前50%的光，變成右旋圓偏振光（RCP），重新穿過第二片透鏡和第三片透鏡，經過 QWP 變為P偏振光，在 PBS 發生透射，最終達到出瞳。因為 Half Mirror 的存在，理論上系統的效率為25%。</p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify">設計流程：</p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify">先按照設計參數建模。
展開 宏語言賦予的光學設計之美 離軸三反光學系統設計-有福利
今天就讓我們一起來學習離軸三反光學系統設計，領略宏語言賦予的光學設計之美。下面我們來了解一下：
《宏語言賦予的光學設計之美 離軸三反光學系統設計》
READING
宏語言賦予的光學設計之美 離軸三反光學系統設計
內容簡介
離軸三反簡介
反射
式光學系統由于其無色差特性，在很多領域非常受歡迎。傳統的同軸兩反的光學系統對于存在遮攔，視場小等問題 ， 目前離軸三反 （ Three-Mirror Anastigmat，TMA）光學系統也已經成為了趨勢，由于其多了更多的優化變量， 可以校正全部的初級像差，使得其性能更加，可以實現無遮攔，大視場，大相對孔徑，成像質量高，另外可實現長焦距等。
離軸三反設計
更詳細的介紹可以查閱國內外論文，每個光學系統設計之前，其使用背景需調研詳細，方能設計出比較合適的光學系統。
展開 宏語言賦予的光學設計之美 離軸三反光學系統設計-有福利
離軸三反設計
更詳細的介紹可以查閱國內外論文，每個光學系統設計之前，其使用背景需調研詳細，方能設計出比較合適的光學系統。
案例優化
全過程案例優化
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展開 SYNOPSYS光學設計軟件課程六十六：離軸反射式光學系統初始結構設計
<p>根據現代光電信息技術對信息發送、接收、轉換、傳遞與存儲功能的特殊需求，光學面形可由不規則、復雜非對稱的自由曲面隨意組合而成。光學中的自由曲面是指無法用球面或非球面系數來表示的曲面，主要是指任意非傳統、非對稱的曲面，以及微結構數組和參數向量表示的任何形狀的曲面。</p><p><br></p><p>采用先進的數控超精密制造技術可直接加工出自自由曲面光學鏡面，能達到亞微米量級面形精度與納米量級的表面粗糙度。</p><p><br></p><p>自由曲面廣泛的應用在以下領域：投影鏡頭、衍射光學器件、頭盔式顯示器、車燈反射面、LED照明系統、汽車HUD抬頭顯示、離軸系統等等。</p><p><br></p><p>本文將展示使用synopsys軟件進行離軸反射式光學系統初始結構的設計</p><p><br></p><p>第一步是繪制設計簡圖。</p><p><br></p><p>這是一個有三個反射鏡的例子，如下圖所示。光線從表面1的左側進入，依次經過位于2,3,4處的反射鏡，然后進入5處的像面。
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