波導模式分析的案例
Jcmsuite應用：脊形波導模式分析
本教程示例演示了集成光子電路的典型脊形波導的模式分析:
根據集成電路的設計和功能，這種波導可以呈現為直線或曲線結構。JCMsuite允許方便的分析直和彎曲的情況。
在項目文件中定義了數值傳播模式設置，其中設置參數AxisPositionX = -1e-6，用于設置波導問題的曲率。因此，將二維截面處理為圓形沿著y軸進行一個掃掠。另外y軸由AxisPositionX替換，即柱面軸的x方向位于AxisPositionX。當省略參數AxisPositionX時，AxisPositionX >Infinity情況收斂于未彎曲/筆直情況，這是積極地。計算出的1e-6曲率半徑的有效折射率為3.0189192705+0.0000001039i。與給出有效折射率為2.9854767050+0.0000000000i的筆直情況相比，有效折射率的虛部量化了沿彎曲波導前進時由于模態泄漏而造成的輻射損失。
下面是彎曲波導基模的強度和矢量場：
展開 Jcmsuite應用：脊形波導模式分析
本教程示例演示了集成光子電路的典型脊形波導的模式分析:
根據集成電路的設計和功能，這種波導可以呈現為直線或曲線結構。JCMsuite允許方便的分析直和彎曲的情況。
在項目文件中定義了數值傳播模式設置，其中設置參數AxisPositionX = -1e-6，用于設置波導問題的曲率。因此，將二維截面處理為圓形沿著y軸進行一個掃掠。另外y軸由AxisPositionX替換，即柱面軸的x方向位于AxisPositionX。當省略參數AxisPositionX時，AxisPositionX >Infinity情況收斂于未彎曲/筆直情況，這是積極地。計算出的1e-6曲率半徑的有效折射率為3.0189192705+0.0000001039i。與給出有效折射率為2.9854767050+0.0000000000i的筆直情況相比，有效折射率的虛部量化了沿彎曲波導前進時由于模態泄漏而造成的輻射損失。
下面是彎曲波導基模的強度和矢量場：
展開 COMSOL? 中的電磁波導模式分析
模式分析是射頻和波動光學計算中的一個重要工具，因為它可以研究復雜波導結構的模式特性。在這篇文章中，我將對模式分析進行介紹，并總結在 COMSOL Multiphysics? 軟件中進行這類研究所需的物理場接口、研究步驟和后處理設置。我還將演示幾個純模式分析的例子。最后，我將解釋如何利用這些結果進一步計算復雜的射頻和光波導系統。
什么是模式分析？
在分析任意一個三維波導結構時，了解在給定的頻率下允許傳播哪些類型的電磁波非常重要。波態是由在波導的二維橫向截面上被激發的共振模式決定的。模式可以由全局復值傳播常數和電場的所有三個分量的空間分布（也稱作振型）完全描述。具有恒定橫截面的波導中的傳輸機制可以完全基于這些電磁特性來定義。我們還可以利用這些信息對更復雜結構中的散射特性進行頻域研究。
眾所周知，分析解只有在文獻中可用于一些射頻設計，例如同軸線和具有矩形或圓形截面的空心波導。對于其他具有任意形狀和材料組合的任何其他配置，包括所有典型的光纖和集成波導，都必須使用數值模式分析。圖1 顯示了 COMSOL 軟件設置 窗口中方程 部分的數值模式分析 的表述。要進行模式分析，需要將給定的頻率代入電場的亥姆霍茲方程中，然后以在面外方向傳播的波的形式搜索解。為此，我們可以使用有限元方法（FEM）和一個特征值求解器。
注意：模式分析不應與更一般的模態分析相混淆。后者稱為特征頻率分析，可用于在任何可能維度（包括 2D、2D 軸對稱和 3D）的系統中尋找共振或固有模式和特征頻率。
我們可以使用 COMSOL Multiphysics 的附加產品—— RF 模塊或波動光學模塊中的特征：用于二維或二維軸對稱幾何結構的電磁波、頻域 多物理場接口和模式分析 研究進行模式分析。
圖1. COMSOL ? 中光波導的模式分析。
展開 基于Lumerical Mode的典型波導腔面本征模式的光場圖計算
在波導中往往要從本征模式分析確定波導腔內內能夠傳輸的模式。本教程以常規波導為例，用Lumerical Mode Solution模塊計算尋解特定中心波長下的本征模式。
目標模型：
常規F-P波導結構腔面
定義材料
打開Mode軟件，點擊Materials控件，在材料庫中定義目標材料。點擊“add”添加新材料，選擇第一行“（n，k）material”。該材料由折射率實部和虛部定義。
定義材料的名稱，顏色，網格次序等屬性：
構建波導實體
點擊Structure控件選擇對應特征的幾何體，這里主要是長方體Rectangle。
根據目標模型給幾何體設定尺寸參數：
賦予幾何體材料屬性，點擊對話框中的material頁，下拉材料庫選擇目標材料，注意自己剛開始定義的材料名稱。
由于波導在y方向可以認為無限長，因此仿真計算區域只需建立二維本征求解器即可。模型建立完整之后可以進行Run運算求解本征模式，包括TE模式，TM模式以及混合模式等。
Run運行求解器
等待求解完成后，分析模擬結果
***注意Mode list表單中給出的信息，有幾行就代表求解到的模式數。TE polarization fraction是指TE模式純粹度。若該值為100，則表示純TE模式，若該值為0，則表示TM模式。
在結果頁中的Mode Plot options中可以選擇想要查看的分量結果。
結果輸出
當求解完成后，關閉光場圖結果頁。
展開 
ZEMAX | 如何將仿真波導模式數據導入 OpticStudio
更加精確的數據可使 OpticStudio物理光學功能大大提高光纖及波導耦合器的設計精度。本文給出了幾個示例。( OptiWave 的 Steve Dods 提供了本文中使用的 SMF-28 光纖模擬數據。聯系我們下載附件。）
簡介
OpticStudio 能夠導入 OptiWave 公司旗下 OptiBPM 和 OptiFiber 中代碼計算的模場。
這些代碼是專門集成的光學代碼，能夠為集成在基底上的光纖或波導（包括溝道波導、肋形波導或脊形波導等）生成場分布。由這些特殊代碼計算的場能通過 OpticStudio 模擬在光學系統中傳播后的變化。OptiBPM 和 OptiFiber 都可以讀取 OpticStudio 生成的 ZBF 文件，這樣一來物理光學傳播功能在光學系統中傳播后生成的數據就可以做為任意一個波導模型的輸入導入軟件。
在本文中，我們將比較 SMF-28 光纖的 OptiBPM 模擬結果與制造商給出數據。
導入 OptiBPM 的場分布數據
OptiBPM和 OptiFiber 共享 OptiWave 公司專有的文件格式 (*.f3d)。OpticStudio 可以通過以下方式讀取該數據：文件 (File) ...轉換文件格式 (Convert) ... 轉換 OptiWave F3d 數據為 ZBF 格式 (OptiWave F3d To OpticStudio ZBF)。
詳細信息在幫助文件中有具體描述，但請注意以下幾點：
ZBF 文件的 x 和 y 像素數量必須是 2 的冪級數而 .F3D 文件沒有此限制。因此，OpticStudio 將對 .F3D 文件中的數據用零值進行填充，使其等于最接近的 2 的冪。
.f3d文件不包含數據的波長，因此必須單獨輸入。
.f3d 文件中的電場相位數據將被引用到一個局部平面。
展開 光波導耦合分析分析
光波導耦合分析
從集成光學到現代顯示技術，在如今各種應用中光波導結構起著重要作用。因此，所有基于光波導的應用中，將光耦合出或耦合入光波導是關注的問題。這些任務通常用衍射光柵實現，因為它們可以使用現代制造技術與光波導集成。在VirtualLab Fusion中，可以使用傅立葉模態法（FMM）嚴格計算耦合效率。例如，我們分析了幾個選定的傾斜光柵，模擬結果與文獻中的結果吻合地很好。 從文獻中選擇不同傾斜光柵幾何結構，具有不同傾斜角度、填充因子和調制深度。，用傅立葉模態法（FMM）計算衍射效率。
用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
我們提供了一種自定義的探測器，可以在用戶定義的入射角范圍內計算光柵衍射效率，并給出效率的平均值和對比度。 了解更多信息，請發送郵件至：support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 Techwiz LCD 3D: VA-IPS模式分析（Tensor模式）
向列液晶在物理上被描述為在n和-n方向上具有相同的能量，但在vector模式中具有不同的能量狀態。模擬發生拓撲不連續相變的LC模式時，例如pi-cell，OCB和VA-IPS，應通過tensor模式來執行假設LC單元的n和-n方向是一樣的
（a） Tensor模式
（b）Vector模式
Techwiz LCD 3D: VA-IPS模式分析（Tensor模式）
向列液晶在物理上被描述為在n和-n方向上具有相同的能量，但在vector模式中具有不同的能量狀態。模擬發生拓撲不連續相變的LC模式時，例如pi-cell，OCB和VA-IPS，應通過tensor模式來執行假設LC單元的n和-n方向是一樣的
（a）Tensor模式
（b）Vector模式
諧振波導光柵的嚴格分析
摘要
由于波長、位相和偏振的可調諧特性，諧振波導光柵(RWG)可根據需求不同應用于研究和工業。RWG的結構包含與光柵密接的高折射率波導薄膜。波導支持多個導波模式，根據其厚度的
變化，模式數量也隨著變化。在此示例中，我們在VirtualLab Fusion中應用了Fourier模態方法（FMM）來嚴格分析RWG的屬性。
[NEWSLETTER] 光波導耦合分析
從集成光學到現代顯示技術，在如今各種應用中光波導結構起著重要作用。因此，所有基于光波導的應用中，將光耦合出或耦合入光波導是關注的問題。這些任務通常用衍射光柵實現，因為它們可以使用現代制造技術與光波導集成。在VirtualLab Fusion中，可以使用傅立葉模態法（FMM）嚴格計算耦合效率。例如，我們分析了幾個選定的傾斜光柵，模擬結果與文獻中的結果吻合地很好。
從文獻中選擇不同傾斜光柵幾何結構，具有不同傾斜角度、填充因子和調制深度。，用傅立葉模態法（FMM）計算衍射效率。
用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
我們提供了一種自定義的探測器，可以在用戶定義的入射角范圍內計算光柵衍射效率，并給出效率的平均值和對比度。
展開 [VirtualLab] 諧振波導光柵的嚴格分析
摘要
由于波長、位相和偏振的可調諧特性，諧振波導光柵(RWG)可根據需求不同應用于研究和工業。RWG的結構包含與光柵密接的高折射率波導薄膜。波導支持多個導波模式，根據其厚度的變化，模式數量也隨著變化。在此示例中，我們在VirtualLab Fusion中應用了Fourier模態方法（FMM）來嚴格分析RWG的屬性。
2. 建模任務
3. 反射率隨波長變化
4. 特定波導厚度下的反射率
5. VirtualLab Fusion 一瞥
6. VirtualLab Fusion 中的工作流程
? 構造光柵結構
?使用界面配置光柵結構[用例]
?使用特殊介質配置光柵結構[用例]
? 分析光柵衍射效率
?光柵階次分析儀[用例]
? 通過參數掃描檢查不同參數的影響
?參數掃描文檔的使用[用例]
? 計算光柵結構內的場
7. VirtualLab Fusion 技術
8. 文件信息
更多信息
? Ultra-Sparse Dielectric Nano-Wire Grid Polarizers
? Analysis of Slanted Gratings for Lightguide Coupling
Grating Order Analyzer
展開 
諧振波導光柵的嚴格分析
摘要
由于波長、位相和偏振的可調諧特性，諧振波導光柵(RWG)可根據需求不同應用于研究和工業。RWG的結構包含與光柵密接的高折射率波導薄膜。波導支持多個導波模式，根據其厚度的變化，模式數量也隨著變化。在此示例中，我們在VirtualLab Fusion中應用了Fourier模態方法（FMM）來嚴格分析RWG的屬性。
2. 建模任務
3. 反射率隨波長變化
4. 特定波導厚度下的反射率
5. VirtualLab Fusion 一瞥
6. VirtualLab Fusion 中的工作流程? 構造光柵結構?使用界面配置光柵結構[用例]?使用特殊介質配置光柵結構[用例]? 分析光柵衍射效率?光柵階次分析儀[用例]? 通過參數掃描檢查不同參數的影響?參數掃描文檔的使用[用例]? 計算光柵結構內的場
7. VirtualLab Fusion 技術
8. 文件信息
更多信息
Ultra-Sparse Dielectric Nano-Wire Grid Polarizers
Analysis of Slanted Gratings for Lightguide Coupling
Grating Order Analyzer
展開 [NEWSLETTER] 增強現實（AR）波導器件的MTF分析
基于光柵的波導已經開始主導增強和混合現實（AR & MR）領域。這些設備的最終測試是在設備用戶的視網膜處獲得數字仿生圖像的良好重建。性能的這一方面通常通過調制傳遞函數（MTF）來表征，調制傳遞函數（MTF）量化成像系統的分辨率能力。與視野范圍均勻性不同（增強現實小工具的質量的另一個重要度量，因為低均勻性可能導致極其不舒服的頻閃和閃爍效果），MTF對光源的時間相干性特性以及可能演變的任何衍射極其敏感，不僅在到視網膜的最后傳播步驟中（給定的，因為我們正在傳播到焦點中），而且關鍵的是，還有在波導內傳播時發生的衍射（通常由光柵區域邊界處的截斷引起）。
光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion提供了完美的工具來應對這些具有挑戰性的設計任務。它的的建模技術所提供的靈活性實現了在單一軟件平臺上互操作性的最大無縫性，光學設計人員每次都能在精度和速度之間取得必要的平衡--模擬的精度和速度都能達到所需的準確性和盡可能快。
如果你仍然需要說服力，請繼續看看下面的例子！
用于AR應用的復雜波導器件中MTF分析的精度-速度平衡控制
在這個用例中，我們展示了光源的時間相干性和衍射是如何影響光在波導內傳播的。當表征基于光柵波導的PSF和MTF以用于AR和MR領域時，必須在模型中考慮這些影響。
光波導的構造
可以使用光導組件及其靈活的區域定義在VirtualLab Fusion中設置帶有耦合光柵的光波導。
展開 [NEWSLETTER] 分析諧振波導光柵
諧振波導光柵由于其對波長和偏振的敏感性而被用于各種應用。 我們從G. Quaranta等人的工作中選取了一個例子，并在VirtualLab Fusion中分析了其衍射特性。 此外，我們還研究了所選諧振波導光柵的角度選擇性/靈敏度，并可視化了其背后的衍射圖案。
諧振波導光柵的嚴格分析
我們在VirtualLab Fusion中應用傅里葉模態方法（FMM / RCWA）來嚴格分析諧振波導光柵，并演示如何用聚焦高斯光束檢查諧振效應。
光學系統中光柵的建模–實例討論
在典型示例的幫助下，我們解釋了如何在系統內建模光柵，并討論了諸如光柵對準，光柵階數選擇和角度響應設置之類的主題。
更多相關信息，請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 VirtualLab：用于AR/MR的光波導足跡分析
為此，對光傳播以及發生的光柵相互作用進行快速而簡單的概述非常有幫助：足跡分析。借助足跡和光柵分析工具，VirtualLab提供了一個強大的工具，可在此過程中為光學工程師提供支持。在本文檔中，討論了這個多功能工具的選項和功能。
足跡和光柵分析工具
?足跡和光柵分析工具是光導工具箱黃金版的一個特色。
?它可以在開始功能區的光導部分進行初始化。
操作工具的基本流程
步驟1：選擇要分析的設置。它可以通過布局設計工具生成，詳見：
光導布局設計工具
但是請注意，足跡和光柵分析工具并不局限于特定的布局類型。您可以加載文件或直接從已經打開的文檔中選擇一個文件。
步驟2：定義該工具應該考慮的視場范圍。
步驟3：單擊分析按鈕。關于分析進度的詳細信息將在按鈕下方的面板中提供。
理想和實際光柵結果
足跡和光柵分析工具的結果可以分為兩個方面：
相互作用的足跡數據
相互作用的足跡數據文檔提供了一個所有光束足跡打到一個給定的光柵區域的彩色編碼插圖，配置視場(FOV)的不同模式有不同的顏色。用戶可以選擇在圖中顯示的視場模式。
注意
?如果 VirtualLab Fusion記錄了部分入射光束，則取決于基本光路中的“通道分辨率精度”設置。
?無論這個區域的光有多小或如何調制，該顯示都不會區分，并且將始終描繪完整的、相同大小的足跡圓。
中央視場的數據
傾斜視場模式數據
熱圖文檔
足跡原始數據文檔
?原始數據結果描述了每種視場模式下每個足跡的中心位置。
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