光柵設計優化的案例
在VirtualLab Fusion中使用optiSLang進行光柵優化
摘要
當代光學系統的優化往往涉及大量參數。正如光柵的優化設計，不僅需要考慮光柵的幾何參數，更需要分析所需的入射方向。這樣的需求導致優化過程面臨大量參數的挑戰。在本實例中，VirtualLab Fusion中提供了來自Dynardo的optiSLang軟件接口，因此使優化過程可以應用不同的高級優化算法。
2. VirtualLab Fusion 和optiSLang的界面
兩種軟件平臺的結合可實現先進光柵結構的優化設計，例如智能光導耦合。
3. VirtualLab Fusion –光學系統的初始化
? 初始系統
- 通常， VirtualLab中定義的每個光學系統都可以使用optiSLang進行優化
- 在本例中，光學系統由平面波光源和用于周期性介質的光導耦合探測器組成。
4. VirtualLab Fusion – 光導耦合探測器
? 光波導耦合探測器
- 光波導耦合探測器是一種特殊的工具，用于檢測特定角度入射范圍下周期結構的效率。
- 可以從探測器的“編輯”對話框中的目錄定義或加載周期性結構。
5. VirtualLab Fusion – 光波導耦合
6. VirtualLab Fusion –導出 LPD 到 OPtiSLang
7. optiSLang – 優化初始化
8. optiSLang – 設置優化
......
展開 在VirtualLab Fusion中使用optiSLang進行光柵優化
摘要
當代光學系統的優化往往涉及大量參數。正如光柵的優化設計，不僅需要考慮光柵的幾何參數，更需要分析所需的入射方向。這樣的需求導致優化過程面臨大量參數的挑戰。在本實例中，VirtualLab Fusion中提供了來自Dynardo的optiSLang軟件接口，因此使優化過程可以應用不同的高級優化算法。
2. VirtualLab Fusion 和optiSLang的界面
兩種軟件平臺的結合可實現先進光柵結構的優化設計，例如智能光導耦合。
3. VirtualLab Fusion –光學系統的初始化
? 初始系統
- 通常， VirtualLab中定義的每個光學系統都可以使用optiSLang進行優化
- 在本例中，光學系統由平面波光源和用于周期性介質的光導耦合探測器組成。
4. VirtualLab Fusion – 光導耦合探測器
? 光波導耦合探測器
- 光波導耦合探測器是一種特殊的工具，用于檢測特定角度入射范圍下周期結構的效率。
- 可以從探測器的“編輯”對話框中的目錄定義或加載周期性結構。
5. VirtualLab Fusion – 光波導耦合
6. VirtualLab Fusion –導出 LPD 到 OPtiSLang
7. optiSLang – 優化初始化
8. optiSLang – 設置優化
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展開 在VirtualLab Fusion中使用optiSLang進行光柵優化
1.摘要
當代光學系統的優化往往涉及大量參數。正如光柵的優化設計，不僅需要考慮光柵的幾何參數，更需要分析所需的入射方向。這樣的需求導致優化過程面臨大量參數的挑戰。在本實例中，VirtualLab Fusion中提供了來自Dynardo的optiSLang軟件接口，因此使優化過程可以應用不同的高級優化算法。
2.VirtualLab Fusion 和optiSLang的界面
兩種軟件平臺的結合可實現先進光柵結構的優化設計，例如智能光導耦合。
3.VirtualLab Fusion –光學系統的初始化
?初始系統
-通常， VirtualLab中定義的每個光學系統都可以使用optiSLang進行優化
-在本例中，光學系統由平面波光源和用于周期性介質的光導耦合探測器組成。
4. VirtualLab Fusion – 光導耦合探測器
?光波導耦合探測器
-光波導耦合探測器是一種特殊的工具，用于檢測特定角度入射范圍下周期結構的效率。
-可以從探測器的“編輯”對話框中的目錄定義或加載周期性結構。
5.VirtualLab Fusion – 光波導耦合
6.VirtualLab Fusion –導出 LPD 到 OPtiSLang
7.optiSLang – 優化初始化
8.optiSLang – 設置優化
......
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展開 光 · 學堂 | VirtualLab Fusion微納光學設計|光柵與超表面建模及仿真（深圳場）2026/5/28-5/29
課程大綱
Course Syllabus
1
VirtualLab Fusion軟件介紹
光之數字模型平臺原理介紹
VirtualLab Fusion用戶界面的基礎操作
2
光柵仿真算法比較
薄元近似法（Thin Element Approximation）
傅里葉模態法（Fourier Modal Method）
周期單元近似法（Periodic Cell Approximation）
3
光柵嚴格分析實例
閃耀光柵
亞波長光柵與偏振轉換
體全息光柵的波長和角度選擇特性
諧振光柵耦合器
4
光柵設計與優化
傾斜光柵結構參數優化
公差分析
蛾眼抗反射結構的設計與優化
高衍射效率偏振無關光柵的優化設計
5
光柵系統級分析
晶圓檢測系統
晶圓雙面光柵圖案的成像分析
共聚焦顯微鏡檢測系統
6
超表面微納結構
超構表面偏振/波長/角度響應分析
超光柵的構建
基于神經網絡的超構透鏡設計
設計和分析超透鏡
基于超構透鏡（PCA）實現聚焦與成像
展開 
光 · 學堂 | 基于VirtualLab Fusion的微結構仿真設計與加工技術（光柵、超表面、蛾眼結構的仿真與加工技術）2026/5/19-5/20
課程大綱
1
VirtualLab Fusion軟件介紹
光之數字模型平臺原理介紹
VirtualLab Fusion用戶界面的基礎操作
2
衍射光學元件設計與優化
VirtualLab Fusion自由空間傳播方法
迭代傅里葉變化及角譜方法
將高斯光整形成矩形平頂光束的設計優化
衍射光學元件分束設計優化
生成圖案的衍射擴散器設計
基于薄元近似的實際結構與公差分析仿真
衍射光學元件加工文件導出
3
周期性微納結構的優化設計
傅里葉模態法（Fourier Modal Method）仿真
微透鏡陣列仿真
蛾眼減反射表面的建模和仿真優化
閃耀光柵與傾斜光柵的設計優化與公差分析
提高光柵衍射級次效率的光柵優化設計
大角度分束衍射光學元件的設計優化
4
超表面微納結構
超構表面偏振/波長/角度響應分析
超光柵的構建
基于神經網絡的超構透鏡設計
設計和分析超透鏡
基于超構透鏡（PCA）實現聚焦與成像
5
微納加工工藝方案
微納加工完整流程概述
灰度曝光/直寫技術
刻蝕類工藝
其他輔助工藝
典型微納結構加工全流程實例
6
微納結構的表征
微納結構面型檢測
時間
第一天
第一天
上午
1.VirtualLab Fusion軟件介紹
2.
展開 光柵光學元件設計 Optiwave OptiGrating v4.2簡介
OptiGrating 主要針對以光柵原理設計的光學元件進行設計，目前有許多的通訊及感應裝置都是根據光柵原理所制造。如：波導光柵技術已被應用在 WDM 光通訊網路、雷射穩定器、溫度及應力感應器。以光柵原理設計之元件可籍由光線傳遞、反射及穿透光譜、群相位延遲、群射散等項目進行分析。 OptiGrating 提供了不同的選項來分析及設計標準的光纖光柵及波導光柵，例如：設計一個布拉格光纖光柵濾波器，其中包含了調整光柵形狀、長度、折射率變化方式、折射率變化值、周期變化值、光纖直徑及折射率值，當設定好這些參數后，就可以讓 OptiGrating 進行模擬其原理是根據耦合模型進行運算，而耦合模型則是使用轉換距陣來計算。
描述:
OptiGrating采用耦合模理論模型的光,使光柵的分析與綜合。
一個復雜的光柵逼近序列的均勻部分,并分析了連接段與著名的傳遞矩陣法。這給設計師所需的信息和優化光柵設計測試。
應用
* WDM添加/刪除,狹窄和寬帶光纖和波導濾波器
*纖維布拉格反射器
* EDFA增益壓扁的元素
*色散補償器的光纖通信
*邊帶抑制使用光柵切趾法
*光纖和波導傳感器
*長周期光柵和耦合到包層模式
展開 耦合光柵優化
光波導耦合光柵的優化
光柵通常用于將光耦合出或耦合入光波導。在這種情況下，如何優化耦合效率始終是一個重要問題。耦合光柵通常具有與波長量級相同的特征尺寸，因此需要嚴格的建模技術。VirtualLab Fusion為光柵結構的配置、光柵分析的嚴格傅立葉模態法（FMM）以及參數優化方法提供了便捷的工具。結合這些技術，提出了耦合光柵優化的實用工作流程。
在VirtualLab Fusion中，光柵結構配置在“堆?！敝?，根據光柵的幾何形狀，可以使用一系列界面或特殊介質去構建。在該示例中，解釋了基于界面的光柵結構配置。
展開 [NEWSLETTER] 耦合光柵優化
光柵通常用于將光耦合出或耦合入光波導。在這種情況下，如何優化耦合效率始終是一個重要問題。耦合光柵通常具有與波長量級相同的特征尺寸，因此需要嚴格的建模技術。VirtualLab Fusion為光柵結構的配置、光柵分析的嚴格傅立葉模態法（FMM）以及參數優化方法提供了便捷的工具。結合這些技術，提出了耦合光柵優化的實用工作流程。
光波導耦合光柵的優化
我們展示了針對一個特定入射方向的優化矩形光柵的設計工作流程，以得到特定衍射階下的最大效率。
使用界面配置光柵結構
在VirtualLab Fusion中，光柵結構配置在“堆?！敝?，根據光柵的幾何形狀，可以使用一系列界面或特殊介質去構建。在該示例中，解釋了基于界面的光柵結構配置。
展開 VirtualLab：光柵的優化與分析
薄元素近似法（TEA）對比傅里葉模態法（FMM）進行光柵建模
光柵是光學工程師使用的最基本的工具。為了設計和分析這類組件，快速物理光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion為用戶提供了許多有用的工具。其中包括參數優化，以輕松優化系統，以及參數運行，它允許您執行參數掃描，以研究這些參數對設置的總體效果的影響。此外，還可以用于詳細研究具體制造過程中的偏差引入的影響。不同的求解器也可以供您使用來模擬場與光柵的相互作用，具有不同的假設和相應的近似水平。這些方法的范圍從嚴格的傅里葉模態法（FMM）到適用于具有淺浮雕大型結構的薄元近似法（TEA）。
展開 [NEWSLETTER] 期望視場下的光柵優化
衍射光柵常用于將光耦合入光導，是VR/MR應用中近眼顯示設備的基礎。出于視覺目的，特定視場(FOV)范圍內耦合光柵的衍射效率必須進行優化。這是一項極具挑戰性的任務。在VirtualLab Fusion中利用嚴格傅里葉模態法(FMM，也稱 RCWA)以及optiSLang的演化算法，可以優化得到一個光柵結構，其在期望的FOV上具有良好的一致性。
用于光導的二元光柵優化
利用VirtualLab Fusion中的嚴格傅里葉模方法(FMM)和optiSLang的遺傳算法，我們演示了一種用于光導耦合的二元光柵在理想視場(FOV)下的優化。
VirtualLab 中使用optiSLang的光柵優化
展示了利用VirtualLab Fusion和optiSLang優化軟件對光柵結構進行優化的工作流程。
展開 期望視場下的光柵優化
衍射光柵常用于將光耦合入光導，是VR/MR應用中近眼顯示設備的基礎。出于視覺目的，特定視場(FOV)范圍內耦合光柵的衍射效率必須進行優化。這是一項極具挑戰性的任務。在VirtualLab Fusion中利用嚴格傅里葉模態法(FMM，也稱 RCWA)以及optiSLang的演化算法，可以優化得到一個光柵結構，其在期望的FOV上具有良好的一致性。
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光柵的魯棒性分析與優化
傾斜光柵的魯棒性優化
但是光柵本身的參數并不是影響這類系統性能的唯一因素:已知大多數具有小特征尺寸的周期結構對入射光的偏振狀態非常敏感。作為本周的第二個用例，我們選擇了一個場景，在這個場景中，我們分析了二元光柵的偏振依賴性,并對結構進行了優化，使其在任意偏振角入射光下均能表現良好。
光柵是許多光學工程師的基本工具，因為它們的物理特性(將入射光衍射成一組離散的級次)使它們在許多不同的配置和許多不同的應用中都是非常有吸引力的工具。然而，研究主要的興趣是給定光柵設置如何能夠容許例如制造過程產生的與設計參數的小偏差。請查看下面的文檔，找到我們根據其填充因子優化傾斜光柵的示例。我們使用新發布的Parameter Variation Analyzer來執行設置的容差分析，并計算一個評價函數，該函數計算了不同填充因子下工作級次的平均效率。
展開 傾斜光柵的魯棒性優化
由于制造過程中潛在的不準確性，對于一個好的光柵設計來說，面對光柵參數的微小變化，提供穩健的結果是至關重要的。VirtualLab Fusion為光學工程師提供了各種工具，可以將這種行為直接納入優化過程，例如參數變化分析儀。該工具結合了同一系統的多次迭代，在優化過程中實現了評價函數的表示和自動計算，如平均效率。在這個用例中，我們通過稍微改變填充因子來優化傾斜光柵來演示這個特性。
VirtualLab：傾斜光柵的魯棒性優化
摘要
由于制造過程中潛在的不準確性，對于一個好的光柵設計來說，面對光柵參數的微小變化，提供穩健的結果是至關重要的。VirtualLab Fusion為光學工程師提供了各種工具，可以將這種行為直接納入優化過程，例如參數變化分析儀。該工具結合了同一系統的多次迭代，在優化過程中實現了評價函數的表示和自動計算，如平均效率。在這個用例中，我們通過稍微改變填充因子來優化傾斜光柵來演示這個特性。
仿真任務
連接建模技術:傾斜光柵
可用的微結構建模技術:
光柵階數分析儀
參數變化分析儀
參數優化
優化結果-平均效率
優化結果-對比度
展開 傾斜光柵的參數優化及公差分析
對于這種應用，傾斜光柵以能夠高效地耦合單色光而聞名。在本例中，提出了利用嚴格傅里葉模態方法（FMM，也稱為RCWA）對傾斜光柵的優化方法。優化后的光柵的衍射效率超過90%。此外，還研究了其對光柵的傾角偏差和圓角邊緣的影響。
摘要
