光波導(dǎo)耦合仿真的案例
利用RSoft的BPM算法對光波導(dǎo)和簡單光波導(dǎo)器件進(jìn)行仿真 ￥15
RSoft是一款非常實(shí)用的光波導(dǎo)仿真軟件。其中包含了BPM,FDTD,FEM等多種算法，使得它能夠適用于各種不同要求場合。本課程主要使用RSoft算法集中的BPM算法對光波導(dǎo)和簡單光波導(dǎo)器件進(jìn)行仿真計(jì)算，從而對光在波導(dǎo)中的傳輸有一定得了解。
一、軟件CAD界面：
下載網(wǎng)站上的壓縮包，解壓縮后運(yùn)行C:\Program Files\RSoft\bin文件夾中的bcadw32.exe，即出現(xiàn)如下圖所示的CAD界面。此界面是定義波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和下一步計(jì)算的前提。
二、單根波導(dǎo)的仿真：
在軟件中，點(diǎn)擊左上角的”New Circuit”按鈕，如圖所示。
點(diǎn)擊后彈出基本設(shè)置對話框，波導(dǎo)的一些基本特性參數(shù)需要在此設(shè)定。我們模擬目前光通信系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的掩埋型二氧化硅波導(dǎo)（channel型）。波導(dǎo)橫截面的尺寸結(jié)構(gòu)為6um*6um，芯層折射率為1.465，包層折射率為1.455（包層和芯層的折射率差為0.01），通信波長為1.55um。基本參數(shù)的設(shè)定如下圖所示（注意，軟件中關(guān)于長度的單位均為um）：
設(shè)置完畢后點(diǎn)擊”O(jiān)K”，進(jìn)入CAD界面。
首先畫一根直波導(dǎo)。點(diǎn)擊”Segment mode” （新建文件時(shí)默認(rèn)就是此模式），如上圖紅圈所示。之后在空白的CAD窗口中某一處單擊鼠標(biāo)左鍵，在任意另一處再單擊左鍵，即可畫出一條波導(dǎo)，如下圖所示。
到目前為止，畫出的波導(dǎo)是任意的，我們還需要對它進(jìn)行設(shè)置，滿足我們設(shè)計(jì)的要求。將鼠標(biāo)移動(dòng)至波導(dǎo)上（紅色區(qū)域上），再單擊鼠標(biāo)右鍵，會(huì)彈出波導(dǎo)的設(shè)置菜單。由于我們只需要仿真普通的直波導(dǎo)，所以大部分設(shè)置保持默認(rèn)即可。主要需要調(diào)整波導(dǎo)的位置。在RSoft軟件中，波導(dǎo)位置是由首尾兩個(gè)坐標(biāo)確定的，并且BPM計(jì)算的光是只沿著z軸傳播（即豎直方向），這個(gè)是需要特別注意的。
展開 Rsoft光波導(dǎo)軟件基于七芯光纖波導(dǎo)耦合器模擬
嗨親愛的小伙伴們再次碰面啦，鑒于近期大家主要對于耦合機(jī)理及耦合光源的要求比較高，在本期我所講述的model是基于七芯波導(dǎo)構(gòu)建成波導(dǎo)耦合器的案例，從本案例的講述可以幫助大家對于模式耦合基本理念有一個(gè)較為基礎(chǔ)性的學(xué)習(xí)。那么下面跟隨我的腳步一起去探究一下吧~
全局變量設(shè)定（圖1）
在本模塊中，我們基于光波導(dǎo)傳輸?shù)臋C(jī)理，選取的模塊為beamprop模塊，在設(shè)定的過程中由于當(dāng)各個(gè)纖芯波導(dǎo)的間距減小的作用則會(huì)有光波導(dǎo)耦合的作用，在這里我們等價(jià)為雙層波導(dǎo)介質(zhì)，即設(shè)定背景折射率為包層折射率。通過改變纖芯之間的尺寸大小以及纖芯的幾何尺寸大小進(jìn)而產(chǎn)生模式耦合的作用。基本的設(shè)定如上圖1所示，在這里就不進(jìn)行過多贅述了。詳情可翻看以往案例介紹。
圖2（七芯光纖波導(dǎo)耦合器幾何形狀）
由于光纖耦合器中在光纖直徑相對小，間距相對小的情況下，光能量的耦合作用最佳，所以我們針對于某個(gè)較為理想尺寸下的橫截面波導(dǎo)進(jìn)行延展得以分析，三維結(jié)構(gòu)幾何建模如上圖所示。再設(shè)定的過程中我們設(shè)定光纖纖芯直徑為4.4微米，纖芯與纖芯之間的橫向距離為d/2,縱向距離為d/2*1.732。
亦或者可以采用陣列的方式來進(jìn)行操作，進(jìn)而得到六邊形分布的七芯光波導(dǎo)陣列形式。
圖3 監(jiān)測模擬配置
由于在監(jiān)測過程中我們需要對每個(gè)纖芯波導(dǎo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此在檢測路徑中選取四種不同的檢測路徑，在包層環(huán)境背景折射率下以纖芯基本模式LP01模式作為監(jiān)測光源進(jìn)行配置，且其尺寸大小與纖芯波導(dǎo)尺寸大小相等。
圖4 激發(fā)光源配置
分析結(jié)構(gòu)的激發(fā)光場及細(xì)節(jié)配置如上圖所示，同樣的道理我們設(shè)定以中間芯作為激光模式廣場的入射中心，并且以纖芯基模模式光作為入射光源得以進(jìn)行分析。
展開 [NEWSLETTER] 光波導(dǎo)耦合分析
從集成光學(xué)到現(xiàn)代顯示技術(shù)，在如今各種應(yīng)用中光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)起著重要作用。因此，所有基于光波導(dǎo)的應(yīng)用中，將光耦合出或耦合入光波導(dǎo)是關(guān)注的問題。這些任務(wù)通常用衍射光柵實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈兛梢允褂矛F(xiàn)代制造技術(shù)與光波導(dǎo)集成。在VirtualLab Fusion中，可以使用傅立葉模態(tài)法（FMM）嚴(yán)格計(jì)算耦合效率。例如，我們分析了幾個(gè)選定的傾斜光柵，模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中的結(jié)果吻合地很好。
從文獻(xiàn)中選擇不同傾斜光柵幾何結(jié)構(gòu)，具有不同傾斜角度、填充因子和調(diào)制深度。，用傅立葉模態(tài)法（FMM）計(jì)算衍射效率。
用于光波導(dǎo)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(nèi)計(jì)算光柵衍射效率，并給出效率的平均值和對比度。
展開 光波導(dǎo)耦合分析分析
光波導(dǎo)耦合分析
從集成光學(xué)到現(xiàn)代顯示技術(shù)，在如今各種應(yīng)用中光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)起著重要作用。因此，所有基于光波導(dǎo)的應(yīng)用中，將光耦合出或耦合入光波導(dǎo)是關(guān)注的問題。這些任務(wù)通常用衍射光柵實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈兛梢允褂矛F(xiàn)代制造技術(shù)與光波導(dǎo)集成。在VirtualLab Fusion中，可以使用傅立葉模態(tài)法（FMM）嚴(yán)格計(jì)算耦合效率。例如，我們分析了幾個(gè)選定的傾斜光柵，模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中的結(jié)果吻合地很好。 從文獻(xiàn)中選擇不同傾斜光柵幾何結(jié)構(gòu)，具有不同傾斜角度、填充因子和調(diào)制深度。，用傅立葉模態(tài)法（FMM）計(jì)算衍射效率。
用于光波導(dǎo)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(nèi)計(jì)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(fā)送郵件至：support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
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光波導(dǎo)耦合分析
從集成光學(xué)到現(xiàn)代顯示技術(shù)，在如今各種應(yīng)用中光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)起著重要作用。因此，所有基于光波導(dǎo)的應(yīng)用中，將光耦合出或耦合入光波導(dǎo)是關(guān)注的問題。這些任務(wù)通常用衍射光柵實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈兛梢允褂矛F(xiàn)代制造技術(shù)與光波導(dǎo)集成。在VirtualLab Fusion中，可以使用傅立葉模態(tài)法（FMM）嚴(yán)格計(jì)算耦合效率。例如，我們分析了幾個(gè)選定的傾斜光柵，模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中的結(jié)果吻合地很好。
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(nèi)計(jì)算光柵衍射效率，并給出效率的平均值和對比度。
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。
[VirtualLab] 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。
建模任務(wù)
衍射效率與相對深度
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
參考文獻(xiàn)：J. Michael Miller, Nicole de Beaucoudrey, Pierre Chavel, Jari Turunen, and Edmond
Cambril, "Design and fabrication of binary slanted surface-relief gratings for a planar optical interconnection," Appl. Opt. 36, 5717-5727 (1997)
衍射效率與傾斜角度
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
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。
建模任務(wù)
衍射效率與相對深度
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
參考文獻(xiàn)：J. Michael Miller, Nicole de Beaucoudrey, Pierre Chavel, Jari Turunen, and Edmond
Cambril, "Design and fabrication of binary slanted surface-relief gratings for a planar optical interconnection," Appl. Opt. 36, 5717-5727 (1997)
衍射效率與傾斜角度
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
參考文獻(xiàn)：J.
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。
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。
建模任務(wù)
衍射效率與相對深度
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
參考文獻(xiàn)：J. Michael Miller, Nicole de Beaucoudrey, Pierre Chavel, Jari Turunen, and Edmond
Cambril, "Design and fabrication of binary slanted surface-relief gratings for a planar optical interconnection," Appl. Opt. 36, 5717-5727 (1997)
衍射效率與傾斜角度
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
參考文獻(xiàn)：J.
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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(gè)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
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
展開 VirtualLab Fusion 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)
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