光柵光波導(dǎo)技術(shù)的案例
光波導(dǎo)上的光柵分析和平滑調(diào)制光柵參數(shù)
4.打開足跡和光柵分析工具并設(shè)置光學(xué)裝置
5.足跡和光柵分析工具
6.光柵參數(shù)和相關(guān)范圍的選擇
?可以同時改變一個或兩個光柵參數(shù)。
?參數(shù)空間的采樣可以相對粗略，因?yàn)殡S后將在計(jì)算點(diǎn)之間應(yīng)用插值技術(shù)。
?該表列出了光柵的所有可用參數(shù)。對于在一個區(qū)域內(nèi)引入調(diào)制光柵參數(shù)，不允許使用改變光路的參數(shù)（如周期等）。
7.查找表的計(jì)算
在配置所需的光柵參數(shù)變化后，可以通過單擊計(jì)算查找表來計(jì)算生成的光柵特性并將其存儲在查找表中。
查找表是針對在足跡和光柵分析工具的第一步中確定的光柵參數(shù)和 FOV 模式的定義變化計(jì)算的。
展開 VirtualLab：光波導(dǎo)上的光柵分析和平滑調(diào)制光柵參數(shù)
打開足跡和光柵分析工具并設(shè)置光學(xué)裝置
5. 足跡和光柵分析工具
6. 光柵參數(shù)和相關(guān)范圍的選擇
? 可以同時改變一個或兩個光柵參數(shù)。
? 參數(shù)空間的采樣可以相對粗略，因?yàn)殡S后將在計(jì)算點(diǎn)之間應(yīng)用插值技術(shù)。
? 該表列出了光柵的所有可用參數(shù)。對于在一個區(qū)域內(nèi)引入調(diào)制光柵參數(shù)，不允許使用改變光路的參數(shù)（如周期等）。
7. 查找表的計(jì)算
在配置所需的光柵參數(shù)變化后，可以通過單擊計(jì)算查找表來計(jì)算生成的光柵特性并將其存儲在查找表中。
查找表是針對在足跡和光柵分析工具的第一步中確定的光柵參數(shù)和 FOV 模式的定義變化計(jì)算的。查找表會自動保存到指定文件夾：
8. 光柵性能的研究
9. 從查找表加載瑞利矩陣
10. 更新光學(xué)系統(tǒng)的產(chǎn)生
11. 光柵調(diào)制配置
12. 基于采樣位置或網(wǎng)格的調(diào)制
13. 基于解析描述的調(diào)制
14. 基于數(shù)學(xué)描述的調(diào)制
文件信息
展開 用于光波導(dǎo)耦合的傾斜光柵的分析
摘要
因?yàn)閮A斜光柵在特定衍射級中具有高效率，故通常被用于將光耦合到光學(xué)光波導(dǎo)中。 如今，它們經(jīng)常應(yīng)用于增強(qiáng)和混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中。 本案將展示如何使用VirtualLab Fusion對文獻(xiàn)中的某些傾斜光柵的幾何形狀，具體參數(shù)如傾斜角度，填充因子和調(diào)制深度進(jìn)行分析。 此外，本案例還研究了不同入射角對衍射效率的影響。
AR光波導(dǎo)：空間漸變光柵設(shè)計(jì)
Lumerical FDTD 窗口會自動建立鏈接，隨后 3D Layout 將如下圖所示：
如果進(jìn)行光線追跡，我們可以在探測器中看到如下所示的結(jié)果：
此外，在附件文件中，用戶還可以找到更多應(yīng)用示例，包括 AR 波導(dǎo)、Flash LiDAR 以及曲面上的光柵。
Appendix - 自定義你的光柵
請注意，如果光柵文件（.fsp）設(shè)置不正確，可能會導(dǎo)致仿真失敗。我們已提供故障排查步驟，用于檢查 .fsp 文件中可能存在的問題。
每個周期單元中的光柵幾何結(jié)構(gòu)都需要在 Lumerical 的 .fsp 文件中進(jìn)行定義。在動態(tài)工作流程中，OpticStudio 會自動調(diào)用該 Lumerical .fsp 文件，應(yīng)用由 OpticStudio 傳入的參數(shù)，然后計(jì)算電場響應(yīng)。建議 .fsp 文件名長度小于 50。
如果用戶遵循以下規(guī)則，也可以自定義自己的參數(shù)化模型。
A.1 topcell
必須在 .fsp 文件中定義一個名為 “topcell” 的結(jié)構(gòu)組。
Structure group 是 Lumerical 中一種對象組類型。簡單來說，structure group 可以看作一個復(fù)合對象，它由多個基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成，例如 Polygon 和 Rectangle。當(dāng)兩個結(jié)構(gòu)發(fā)生重疊時，其優(yōu)先級由對象的 mesh order 決定。
展開 
[VirtualLab] 用于光波導(dǎo)耦合的傾斜光柵的分析
衍射效率與變化的入射角
光柵衍射效率通常受入射角影響較大。
走進(jìn)VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion中的工作流程
?光波導(dǎo)耦合光柵結(jié)構(gòu)的配置
- 傾斜光柵的高級配置
Advanced Configuration of Slanted Grating
[用例]
- 使用特殊介質(zhì)配置光柵結(jié)構(gòu)
Configuration of Grating Structures by Using Special Media
[用例]
- 使用接口配置光柵結(jié)構(gòu)
Configuration of Grating Structures by Using Interfaces
[用例]
?分析耦合光柵衍射效率
- 用于光導(dǎo)耦合光柵評估的自定義探測器
Customized Detector for Lightguide Coupling Grating Evaluation
[用例]
?通過掃描特定參數(shù)來檢查效率
VirtualLab Fusion 技術(shù)
文件信息
更多閱覽 - Customized Detector for Lightguide Coupling Grating Evaluation
展開 光波導(dǎo)的足跡和光柵分析
在我們最近的通訊中，我們已經(jīng)介紹了一些有助于確定光導(dǎo)及其光柵區(qū)域充分布局的特性。
今天，我們轉(zhuǎn)向用于光導(dǎo)中光柵的最強(qiáng)大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具之一：足跡和光柵分析工具。在它的許多功能中，不限于任何特定的布局，例如，它可以幫助可視化不同視場模式下的光束足跡與光柵區(qū)域的相互作用——這是一個重要的研究，考慮到光在光導(dǎo)內(nèi)的復(fù)雜傳播。但最引人注目的是它能夠?qū)?em>光柵行為進(jìn)行分析，然后可以用來配置單個光柵區(qū)域內(nèi)光柵參數(shù)的平滑變化，以提高器件在均勻性和效率方面的性能。
用于AR/MR應(yīng)用的光導(dǎo)足跡分析
足跡和光柵分析工具允許光學(xué)設(shè)計(jì)師確定光將如何與光導(dǎo)的各種光柵區(qū)域相互作用。
光導(dǎo)的光柵分析與光柵參數(shù)的平滑調(diào)制
在本案例中，通過使用VirtualLab的足跡和光柵分析工具，將平滑變化的光柵參數(shù)引入到用于AR/MR應(yīng)用的光導(dǎo)光柵區(qū)域。該工具還可以詳細(xì)研究特定光柵結(jié)構(gòu)的偏振相關(guān)的衍射效率。
展開 用于光波導(dǎo)耦合的傾斜光柵的分析
衍射效率與變化的入射角
光柵衍射效率通常受入射角影響較大。
走進(jìn)VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion中的工作流程
?光波導(dǎo)耦合光柵結(jié)構(gòu)的配置
- 傾斜光柵的高級配置
Advanced Configuration of Slanted Grating
[用例]
- 使用特殊介質(zhì)配置光柵結(jié)構(gòu)
Configuration of Grating Structures by Using Special Media
[用例]
- 使用接口配置光柵結(jié)構(gòu)
Configuration of Grating Structures by Using Interfaces
[用例]
?分析耦合光柵衍射效率
- 用于光導(dǎo)耦合光柵評估的自定義探測器
Customized Detector for Lightguide Coupling Grating Evaluation
[用例]
?通過掃描特定參數(shù)來檢查效率
VirtualLab Fusion 技術(shù)
文件信息
更多閱覽 - Customized Detector for Lightguide Coupling Grating Evaluation
展開 用于光波導(dǎo)耦合的傾斜光柵分析
摘要
因其在確定衍射級上的高衍射效率，傾斜光柵廣泛用于將光耦合到光波導(dǎo)中。如今，傾斜光柵廣泛用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中。本示例中將示范如何使用VirtualLab Fusion分析文獻(xiàn)中具有特定參數(shù)的某些傾斜光柵的幾何形狀（例如傾斜角、填充因子和調(diào)制深度）。 另外，研究了不同入射角對衍射效率的影響。
2. 建模任務(wù)
3. 衍射效率vs.相對深度
4. 衍射效率vs.傾斜角
5. 衍射效率vs. 填充因子
6. 衍射效率vs.變化的入射角
7. 走進(jìn)VirtualLab Fusion
8. VirtualLab Fusion 的工作流程
光波導(dǎo)耦合光柵結(jié)構(gòu)的配置
傾斜光柵的高級配置 [使用案例]
使用特殊材料的光柵結(jié)構(gòu)配置 [使用案例]
使用界面的光柵結(jié)構(gòu)配置 [使用案例]
耦合光柵衍射效率分析
自定義的光波導(dǎo)耦合光柵評價(jià)探測器 [使用案例]
通過掃描特定的參數(shù)來檢查效率
參數(shù)運(yùn)行的使用 [使用案例]
9. VirtualLab Fusion 技術(shù)
10. 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 用于光波導(dǎo)耦合的傾斜光柵分析
摘要
因其在確定衍射級上的高衍射效率，傾斜光柵廣泛用于將光耦合到光波導(dǎo)中。如今，傾斜光柵廣泛用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中。本示例中將示范如何使用VirtualLab Fusion分析文獻(xiàn)中具有特定參數(shù)的某些傾斜光柵的幾何形狀（例如傾斜角、填充因子和調(diào)制深度）。 另外，研究了不同入射角對衍射效率的影響。
VirtualLab：二維周期光柵結(jié)構(gòu)（菱形）光波導(dǎo)的應(yīng)用
摘要
如今，大多數(shù)創(chuàng)新的AR&MR設(shè)備都是基于光波導(dǎo)或波導(dǎo)系統(tǒng)，結(jié)合微結(jié)構(gòu)來耦合光的輸入和輸出。VirtualLab Fusion能夠通過應(yīng)用我們獨(dú)特的物理光學(xué)方法對此類設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)建模，包括所有效應(yīng)（例如相干、偏振和衍射）。我們通過對專利WO2018/178626中提到的設(shè)備進(jìn)行建模來證明這一能力，該設(shè)備由復(fù)雜的一維和二維菱形光柵結(jié)構(gòu)組成。
建模任務(wù)：專利WO2018/178626
任務(wù)描述
光波導(dǎo)元件
使用光波導(dǎo)組件，可以輕松定義具有復(fù)雜形狀區(qū)域的系統(tǒng)。此外，這些區(qū)域可以配備理想的或真實(shí)的光柵結(jié)構(gòu)，以充當(dāng)入射耦合器、出耦合器或出瞳擴(kuò)展器。
光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)
使用光波導(dǎo)組件，可以輕松定義具有復(fù)雜形狀區(qū)域的系統(tǒng)。此外，這些區(qū)域可以配備理想的或真實(shí)的光柵結(jié)構(gòu)，以充當(dāng)入射耦合器、出耦合器或出瞳擴(kuò)展器。
光柵#1:一維傾斜周期光柵
幾何布局展示了2個光柵：
?光柵1耦合器：層狀（一維周期性），例如傾斜光柵
?光柵2 EPE和輸出耦合器：交叉光柵（二維周期，非正交）
光柵#2：具有菱形輪廓的二維周期光柵
使用內(nèi)置調(diào)制介質(zhì)的具有傾斜脊的一維周期光柵結(jié)構(gòu)。
可用參數(shù)：
?周期：400納米
?z方向延伸（沿z軸的調(diào)制深度）：400nm
?填充系數(shù)（非平行情況下底部或頂部）：50%
?傾斜角度：40o
總結(jié)—元件
具有非正交二維周期的菱形（菱形）光柵結(jié)構(gòu)，通過定制接口實(shí)現(xiàn)。
展開 用于光波導(dǎo)耦合的傾斜光柵的分析
衍射效率與變化的入射角
光柵衍射效率通常受入射角影響較大。
走進(jìn)VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion中的工作流程
?光波導(dǎo)耦合光柵結(jié)構(gòu)的配置
- 傾斜光柵的高級配置
Advanced Configuration of Slanted Grating
[用例]
- 使用特殊介質(zhì)配置光柵結(jié)構(gòu)
Configuration of Grating Structures by Using Special Media
[用例]
- 使用接口配置光柵結(jié)構(gòu)
Configuration of Grating Structures by Using Interfaces
[用例]
?分析耦合光柵衍射效率
- 用于光導(dǎo)耦合光柵評估的自定義探測器
Customized Detector for Lightguide Coupling Grating Evaluation
[用例]
?通過掃描特定參數(shù)來檢查效率
VirtualLab Fusion 技術(shù)
文件信息
更多閱覽 - Customized Detector for Lightguide Coupling Grating Evaluation
展開 
VirtualLab：具有連續(xù)調(diào)制光柵區(qū)域的光波導(dǎo)優(yōu)化
這個例子取自：
? 構(gòu)建光波導(dǎo) [用例]
? 光波導(dǎo)布局設(shè)計(jì)工具 [用例]
配置光柵區(qū)域的真實(shí)光柵結(jié)構(gòu)，這是應(yīng)用光柵參數(shù)連續(xù)或平滑變化之前的必要步驟：
? 如何設(shè)置具有真實(shí)光柵結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo) [用例]
? 使用真實(shí)光柵模擬一維-一維瞳孔擴(kuò)展器 [用例]
足跡和光柵分析工具用于指定光柵參數(shù)變化的所需范圍，并針對特定條件（波長和方向）預(yù)先計(jì)算相應(yīng)的瑞利系數(shù)。下一步，生成光學(xué)設(shè)置，其中可以定義平滑參數(shù)變化：
? AR/MR 應(yīng)用光波導(dǎo)的足跡分析 [用例]
? 光波導(dǎo)上的光柵分析和平滑調(diào)制的光柵參數(shù) [用例]
注意：
光柵調(diào)制是針對各個光柵區(qū)域定義的。
足跡和光柵分析
在足跡和光柵分析工具的幫助下，光柵特性（復(fù)值）被預(yù)先計(jì)算并存儲在查找表中，用于選定參數(shù)的指定范圍（例如填充因子）。根據(jù)可用的效率調(diào)制范圍選擇填充因子的初始范圍。更多信息可參見：
光柵分析和在光波導(dǎo)上的平滑調(diào)制光柵參數(shù)
初始系統(tǒng)的生成
? 具有所謂光柵參數(shù)調(diào)制功能的光波導(dǎo)設(shè)置由足跡和光柵分析工具生成（包括光柵特性）。
? Uniformity Detector 用于定義優(yōu)化的評價(jià)函數(shù)。
定義光柵區(qū)域的調(diào)制函數(shù)
? 打開光波導(dǎo)組件中區(qū)域的編輯對話框；光柵特性
并且查找表存儲在光柵區(qū)域中。
? 編輯光柵參數(shù)調(diào)制功能，使其定義為可編程功能，光柵參數(shù)的預(yù)期線性調(diào)制由開始和結(jié)束位置的值定義（EPE 從左到右邊界，耦出合從上到下）。
展開 VirtualLab：二維周期光柵結(jié)構(gòu)（菱形）光波導(dǎo)的應(yīng)用
摘要
如今，大多數(shù)創(chuàng)新的AR&MR設(shè)備都是基于光波導(dǎo)或波導(dǎo)系統(tǒng)，結(jié)合微結(jié)構(gòu)來耦合光的輸入和輸出。VirtualLab Fusion能夠通過應(yīng)用我們獨(dú)特的物理光學(xué)方法對此類設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)建模，包括所有效應(yīng)（例如相干、偏振和衍射）。我們通過對專利WO2018/178626中提到的設(shè)備進(jìn)行建模來證明這一能力，該設(shè)備由復(fù)雜的一維和二維菱形光柵結(jié)構(gòu)組成。
建模任務(wù)：專利WO2018/178626
任務(wù)描述
光波導(dǎo)元件
使用光波導(dǎo)組件，可以輕松定義具有復(fù)雜形狀區(qū)域的系統(tǒng)。此外，這些區(qū)域可以配備理想的或真實(shí)的光柵結(jié)構(gòu)，以充當(dāng)入射耦合器、出耦合器或出瞳擴(kuò)展器。
光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)
使用光波導(dǎo)組件，可以輕松定義具有復(fù)雜形狀區(qū)域的系統(tǒng)。此外，這些區(qū)域可以配備理想的或真實(shí)的光柵結(jié)構(gòu)，以充當(dāng)入射耦合器、出耦合器或出瞳擴(kuò)展器。
光柵#1:一維傾斜周期光柵
幾何布局展示了2個光柵：
?光柵1耦合器：層狀（一維周期性），例如傾斜光柵
?光柵2 EPE和輸出耦合器：交叉光柵（二維周期，非正交）
光柵#2：具有菱形輪廓的二維周期光柵
使用內(nèi)置調(diào)制介質(zhì)的具有傾斜脊的一維周期光柵結(jié)構(gòu)。
可用參數(shù)：
?周期：400納米
?z方向延伸（沿z軸的調(diào)制深度）：400nm
?填充系數(shù)（非平行情況下底部或頂部）：50%
?傾斜角度：40o
總結(jié)—元件
具有非正交二維周期的菱形（菱形）光柵結(jié)構(gòu)，通過定制接口實(shí)現(xiàn)。
展開 AR和MR光波導(dǎo)器件耦合光柵的優(yōu)化
連續(xù)調(diào)制光柵區(qū)域光波導(dǎo)的優(yōu)化
在下面的例子中，您可以看到這些工具中的一些發(fā)揮作用：
快速物理光學(xué)軟件VirtualLab Fusion通過其波導(dǎo)工具箱提供了一系列方便的工具，可在設(shè)計(jì)過程中幫助光學(xué)工程師。例如用于光柵結(jié)構(gòu)配置的用戶友好的工作流程，用于光柵分析的嚴(yán)格傅里葉模態(tài)算法(FMM)，以及參數(shù)優(yōu)化方法和一些針對光波導(dǎo)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
本周，我們將繼續(xù)深入討論這個話題，看看光波導(dǎo)系統(tǒng)耦合光柵的優(yōu)化。由于它們的尺寸小和自由參數(shù)很多的特點(diǎn)，這些任務(wù)眾所周知地極具挑戰(zhàn)性。
在上周的通訊中，我們強(qiáng)調(diào)了分析基于光波導(dǎo)的增強(qiáng)和混合現(xiàn)實(shí)(AR & MR)設(shè)備的一些挑戰(zhàn)。
連續(xù)調(diào)制光柵區(qū)域光波導(dǎo)的優(yōu)化
我們演示了針對特定入射方向優(yōu)化矩形光柵的設(shè)計(jì)流程，以獲得特定衍射級次的最大效率。
展開 VirtualLab：單入射方向光波導(dǎo)耦合光柵的優(yōu)化
摘要
將光耦合到光波導(dǎo)在現(xiàn)代光學(xué)的各種應(yīng)用中具有重要意義。在VirtualLab Fusion中，使用傅里葉模態(tài)法(FMM，也稱為RCWA)和參數(shù)優(yōu)化工具，可以優(yōu)化真實(shí)的光柵幾何形狀，以實(shí)現(xiàn)特定衍射級次的最佳耦合效率。本例展示了針對特定入射方向優(yōu)化二元光柵以獲得最佳光導(dǎo)耦合效率的設(shè)計(jì)策略。
建模任務(wù)
參數(shù)運(yùn)行的掃描模式
VirtualLab Fusion參數(shù)運(yùn)行文檔的掃描模式允許對參數(shù)空間的多維(通常是2D)區(qū)域執(zhí)行參數(shù)掃描。這種掃描方法可以用于詳細(xì)分析光柵特性。更多資料請瀏覽：
參數(shù)運(yùn)行的掃描模式
尋找初始解(正入射)
參數(shù)優(yōu)化
為了找到合適的光柵參數(shù)集，使用了VirtualLab Fusion的優(yōu)化文檔。它可以為目標(biāo)值定義自定義的優(yōu)化函數(shù)、參數(shù)約束和權(quán)重。更多資料請瀏覽：
參數(shù)優(yōu)化文檔簡介
經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化的最終設(shè)計(jì)(正入射 )
15°入射的初始解與最終設(shè)計(jì)
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
延伸閱讀
□
連續(xù)調(diào)制光柵區(qū)域光波導(dǎo)的優(yōu)化
□ 如何用真實(shí)的光柵結(jié)構(gòu)建立光波導(dǎo)
□ 目標(biāo)視場下光波導(dǎo)耦合斜光柵的優(yōu)化
□ 參數(shù)運(yùn)行的掃描模式
□ 參數(shù)優(yōu)化文檔簡介
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