光波導(dǎo)
關(guān)注創(chuàng)建者：櫝中玉 創(chuàng)建時間：2016-12-26
光波導(dǎo)的視頻教程
OptiWave 光通信設(shè)計軟件
OptiWave 光通信設(shè)計軟件包括以下 7 個模塊： 1、OptiGrating 光柵設(shè)計軟件 2、OptiFiber 光纖設(shè)計軟件 3、OptiFDTD 有限差分時域仿真設(shè)計軟件 4、OptiBPM 光波導(dǎo)設(shè)計軟件 5、OptiSPICE 光電回路設(shè)計軟件 6、OptiInstrument 儀器通信和控制軟件 7、OptiSystem 光通信系統(tǒng)與放大器設(shè)計軟件
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COMSOL光學(xué)與RF系列視頻
該系列視頻詳細(xì)講解了COMSOL中RF和光學(xué)的相關(guān)模型及應(yīng)用，包括光子晶體、石墨烯、SPR、光波導(dǎo)、耦合器、光纖、太陽能電池等，透徹的講解了COMSOL射頻光學(xué)模型的思想與設(shè)置方法，同時講解了傳輸損耗、色散曲線、耦合長度、模式面積等的求解問題。講解過程中穿插不少COMSOL設(shè)置以及后處理技巧。
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038 – FDTD MIM波導(dǎo)電磁感應(yīng)透明（含演示，66元）
入射光從波導(dǎo)左端入射后，仿真右端出口的透射率和整體的磁場分布。 計算的內(nèi)容和結(jié)果（手機(jī)端可能無法顯示圖片，請在電腦端查看）： 透射率曲線和三個不同波長處的磁場Hz分布。上：論文中的圖，下：本案例做出來的結(jié)果 再次提醒：本課程的視頻沒有聲音。
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光波導(dǎo)的實例教程
原文信息
原文標(biāo)題：“基于光線場追跡的國產(chǎn)3D可視化衍射光波導(dǎo)仿真模塊研究”
第一作者：覃嘉佳
通訊作者：宋強(qiáng)，劉祥彪, 張善文，段輝高，周常河
增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）技術(shù)作為新興人機(jī)交互模式，其近眼顯示領(lǐng)域中，AR 衍射光波導(dǎo)技術(shù)因輕量化、小型化等優(yōu)勢成為核心發(fā)展方向。高品質(zhì)衍射光波導(dǎo)的設(shè)計優(yōu)化離不開專業(yè)仿真軟件。為填補(bǔ)國內(nèi)空白，本研究團(tuán)隊研發(fā)了完全自主可控的 3D 可視化衍射光波導(dǎo)仿真模塊，覆蓋 k 域分析、光波導(dǎo)仿真與優(yōu)化全過程，可納入微投影光機(jī)和人眼模型實現(xiàn)全維度仿真。
研究基于該模塊設(shè)計二維出瞳擴(kuò)展衍射光波導(dǎo)，通過確定光柵矢量、劃分功能區(qū)域并精細(xì)調(diào)控光柵參數(shù)，結(jié)合光線場追跡完成仿真，并與國外商業(yè)軟件結(jié)果對比，驗證了模塊的有效性與實用性，為我國 AR 產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展提供技術(shù)支撐。
二維出瞳擴(kuò)展衍射光波導(dǎo)中的光線傳播示意圖（來自原文）
該模塊成功設(shè)計出具備二維出瞳擴(kuò)展的衍射光波導(dǎo)，整體系統(tǒng)由微型投影光機(jī)、光波導(dǎo)與人眼模型構(gòu)成，結(jié)構(gòu)設(shè)計極具優(yōu)勢。其投影光學(xué)系統(tǒng)焦距 14.5 mm，對角線視場角 28°，總長度僅 9.45 mm，光學(xué)元件直徑小于 5.4 mm，憑借緊湊小巧的特性，完美適配近眼顯示設(shè)備的輕量化需求。在性能表現(xiàn)上，該系統(tǒng)在 30 cycles/mm 采樣頻率下的光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）值均優(yōu)于 0.7，成像質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
可視化3D衍射光波導(dǎo)模組示意圖（來自原文）
為驗證模塊性能，研發(fā)團(tuán)隊與市面主流商業(yè)軟件，在衍射效率、均勻性及光線路徑等關(guān)鍵指標(biāo)上展開對比，結(jié)果充分證明了該國產(chǎn)模塊的精度與可靠性。
展開 接下來，我們重點(diǎn)分析下光波導(dǎo)的另一個類群 – 衍射光波導(dǎo) (Diffractive Waveguide)， 我們將著重講解衍射光波導(dǎo)的工作原理，與幾何光波導(dǎo)相比的優(yōu)缺點(diǎn)，以及衍射光波導(dǎo)使用的兩種主流光柵 – “表面浮雕光柵(SRG)”和”全息體光柵(VHG)”。
AR眼鏡想要具備普通眼鏡的外觀，真正走向消費(fèi)市場，衍射光波導(dǎo)，具體說表面浮雕光柵方案是目前的不二之選。目前諸如微軟HoloLens一代和二代、Magic Leap One等多家明星產(chǎn)品，使用并用消費(fèi)級產(chǎn)品證明了衍射光波導(dǎo)的可量產(chǎn)性。Rokid最新發(fā)布的Rokid Vision AR眼鏡也是采用雙目衍射光波導(dǎo)的方案。
制造衍射光波導(dǎo)所需要精度和速度都可靠的電子束曝光和納米壓印的儀器都價格不菲，并且需要放置在專業(yè)的超凈間里，有條件建立該產(chǎn)線的廠商屈指可數(shù)。
下面，就讓我們通過后半部分的內(nèi)容，了解下對于AR眼鏡而言，神秘又重要的衍射光波導(dǎo)技術(shù)。
衍射光波導(dǎo)的核心 – 衍射光柵
要想光機(jī)產(chǎn)生的虛像被光波導(dǎo)傳遞到人眼，需要有一個光耦合入(couple-in)和耦合出(couple-out)波導(dǎo)的過程，在幾何光波導(dǎo)里這兩個過程都是由傳統(tǒng)光學(xué)元器件比如棱鏡、“半透半反”鏡面陣列完成的，過程簡單易懂，但是具有體積和量產(chǎn)工藝上的挑戰(zhàn)。在衍射光波導(dǎo)里，傳統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)被平面的衍射光柵(Diffractive Grating)取代，它的產(chǎn)生和流行得益于光學(xué)元件從毫米級別到微納米級別，從“立體”轉(zhuǎn)向“平面”的技術(shù)進(jìn)步趨勢。
那么衍射光柵是什么呢？
展開 這個例子取自：
? 構(gòu)建光波導(dǎo) [用例]
? 光波導(dǎo)布局設(shè)計工具 [用例]
配置光柵區(qū)域的真實光柵結(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)置具有真實光柵結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo) [用例]
? 使用真實光柵模擬一維-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 3.光波導(dǎo)設(shè)計
光柵設(shè)計屬于光波導(dǎo)的前期設(shè)計，對于整體光波導(dǎo)的設(shè)計，首先需要確定其整體的尺寸范圍，包括波導(dǎo)的尺寸，光機(jī)的位置及眼盒的尺寸和位置。
圖3.1 AR 衍射光波導(dǎo)初始結(jié)構(gòu)（包含波導(dǎo)，光源和眼盒）
通過眼盒和光源距離波導(dǎo)的距離和光線的視場角以確定光柵的整體尺寸，尺寸確定如下：
圖3.2 耦出光柵和眼盒的尺寸關(guān)系
圖中n1 n2分別為波導(dǎo)環(huán)境介質(zhì)和波導(dǎo)材料介質(zhì)，θ為視場角的最大值，d 為眼盒到波導(dǎo)的距離，通過這樣的參數(shù)就可以設(shè)計出滿足最大視場角的最小光柵尺寸，對于耦入光柵原理與其相同，確定完耦入光柵和耦出光柵后就可以進(jìn)一步確定轉(zhuǎn)向光柵的尺寸參數(shù)。如下圖，為設(shè)計完成后的整體 AR 衍射光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)：
圖3.3 AR 衍射光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（包含波導(dǎo)，光源，眼盒、耦入光柵、轉(zhuǎn)向光柵和耦出光柵）
4.追跡與仿真分析
對于一個完整的 AR 衍射光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，除了上述的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，還包括光機(jī)的準(zhǔn)直系統(tǒng)和成像系統(tǒng)以構(gòu)成完整的 AR 系統(tǒng)，如下圖所示：
圖4.1 AR 衍射光波導(dǎo)完整結(jié)構(gòu)（包含波導(dǎo)，光源，眼盒、準(zhǔn)直系統(tǒng)、耦入光柵、轉(zhuǎn)向光柵和耦出光柵）
對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行光線追跡，軟件可以輸出眼盒的能量分布，后續(xù)也可以通過軟件來進(jìn)行均勻性，成像的MTF分析等：
圖4.2 AR 衍射光波導(dǎo)追跡結(jié)構(gòu)與光路圖。光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直然后通過光波導(dǎo)的傳輸準(zhǔn)直輸出到眼盒探測器上
圖4.3 追跡完成后眼盒的能量分布
圖4.4 經(jīng)過成像后的圖案分布
5. 總結(jié)
本文講解了通過 OAS 軟件進(jìn)行 AR 衍射光波導(dǎo)的建模仿真與分析。
展開 CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，致力于擴(kuò)展現(xiàn)實(XR)用全息光波導(dǎo)顯示技術(shù)研發(fā)的DigiLens公司，7月15日宣布與全球化學(xué)工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者三菱化學(xué)公司（“MCC”）建立深化合作伙伴關(guān)系，旨在面向擴(kuò)展現(xiàn)實（XR）應(yīng)用市場推出第一款價格友好、性能優(yōu)越的塑料光波導(dǎo)。
根據(jù)Digilens官網(wǎng)顯示，“DigiLens擁有專有的光聚合物和全息接觸復(fù)制工藝，這些技術(shù)是目前唯一能夠基于塑料基板制造光波導(dǎo)基顯示器的方法，”三菱化學(xué)控股的戰(zhàn)略投資公司Diamond Edge Ventures總裁Patrick Suel說道，“我很高興能夠看到，公司對DigiLens的投資以及與 MCC 的合作，推動創(chuàng)建世界上唯一一家無需納米壓印光刻（NIL imprinting）的塑料光波導(dǎo)技術(shù)供應(yīng)商。現(xiàn)在，智能眼鏡OEM將可以通過DigiLens的協(xié)議許可，合作生產(chǎn)塑料光波導(dǎo)產(chǎn)品。”
DigiLens和MCC通過團(tuán)隊合作，共同研發(fā)出一種塑料光波導(dǎo)技術(shù)方案。這種塑料光波導(dǎo)的性能幾乎與玻璃相同，但是大大降低了光波導(dǎo)的重量和長期制造成本。除此以外，它還可以提高用戶安全性，畢竟終端產(chǎn)品內(nèi)的光波導(dǎo)器件離眼睛很近。這種技術(shù)方案就有助于DigiLens通過協(xié)議許可的方式，向客戶提供一種成本和性能都非常有市場化優(yōu)勢的塑料光波導(dǎo)方案。另外，該技術(shù)方案也有助于推動XR市場生態(tài)系統(tǒng)慢慢轉(zhuǎn)向輕薄高性能。
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光波導(dǎo)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
光波導(dǎo)的最新內(nèi)容
在OpticStudio軟件中使用Lumerical超透鏡插件進(jìn)行的超透鏡仿真
共封裝光學(xué)仿真
Lumerical套件的共封裝光學(xué)仿真，可以對光如何通過波導(dǎo)傳播進(jìn)行建模，并展示波導(dǎo)形狀在光波分束與引導(dǎo)中的重要作用。這些數(shù)字模型展示了共封裝光學(xué)如何支持PIC的開發(fā)。此外，光學(xué)仿真還可以幫助設(shè)計人員評估衍射光柵將光耦合到波導(dǎo)的效率，并展示了如何調(diào)控光的傳播方式，以適應(yīng)后續(xù)波導(dǎo)的形狀和尺寸。
1. 簡介
此前，OpticStudio 為一維光柵仿真提供了一維 RCWA 插件。本文介紹了一種類似但功能強(qiáng)大得多的工作流程，該流程基于 Zemax OpticStudio 與 Lumerical RCWA 之間的動態(tài)鏈接。
在這一工作流程中，設(shè)計人員在 Zemax OpticStudio 中構(gòu)建宏觀光學(xué)系統(tǒng)，并在 Lumerical 中構(gòu)建光柵的微結(jié)構(gòu)。兩款軟件中的仿真可無縫連接
OAS 光學(xué)軟件 | 一拖二光波導(dǎo)案例分析
01/前言
本案例針對AR設(shè)備小型化、高效能的應(yīng)用需求，依托 OAS 光學(xué)軟件的核心設(shè)計能力，提出解決方案。 OAS 光學(xué)軟件可精準(zhǔn)實現(xiàn)光柵協(xié)同設(shè)計與光能高效復(fù)用，有效破解行業(yè)核心技術(shù)痛點(diǎn)，為 AR 光波導(dǎo)一拖二架構(gòu)的工程化落地提供專業(yè)技術(shù)支撐。
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光波導(dǎo)+超表面解決方案線下活動
當(dāng)下，AR/VR、光通信、超透鏡、微納成像等領(lǐng)域飛速發(fā)展，光波導(dǎo)作為 AR 顯示核心、超表面作為光學(xué)系統(tǒng)小型化關(guān)鍵，設(shè)計與仿真難度陡增。
2026年5月15日，OAS 光學(xué)軟件光波導(dǎo)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(dǎo)/超表面仿真設(shè)計核心技能。
三、溫濕度環(huán)境測試：適配極端氣候條件，實現(xiàn)全場景環(huán)境適配
智能眼鏡的使用場景從 **-40℃極寒戶外（如高原、冬季巡檢）** 到80℃高溫暴曬（如夏季戶外、工業(yè)車間），從95% RH 高濕雨林到干燥沙漠，極端溫濕度易導(dǎo)致鏡片起霧、鍍層脫落、膠水失效、電路短路、電池鼓包等問題，尤其光波導(dǎo)模組（單片成本約 30 美元）對溫濕度極為敏感，易出現(xiàn)熱膨脹變形、鍍層色偏等故障。
理想情況下，表面等離子體光波導(dǎo)可同時最大限度增加表面等離子體的約束和傳播長度，以獲得最佳效果。
表面等離子體激元傳播造成的耗散損耗可以通過增益放大或集成光纖等光子元件來抵消，從而產(chǎn)生混合表面等離子體光波導(dǎo)。
表面等離子體光波導(dǎo)呈亞波長模態(tài)，小于光的衍射極限。
仿真模型構(gòu)建
1.利用Rsoft軟件的RCWA功能，生成折疊光柵、出耦合光柵、入耦合光柵的雙向散射分布函數(shù)（BSDF），精準(zhǔn)描述光柵的衍射特性；
2.在Lighttools中搭建L型光柵波導(dǎo)的三維模型，導(dǎo)入Rsoft生成的BSDF文件，設(shè)置波導(dǎo)的全內(nèi)反射（TIR）條件，模擬光在波導(dǎo)中的傳播、耦合、出瞳擴(kuò)展過程；
3.考慮光的偏振特性，采用9點(diǎn)法評價眼動范圍均勻性：在16mm×12mm的眼動范圍內(nèi)均勻選取
帶有光波導(dǎo)元件的HoloLens 1型布局建模
這個用例展示了一個所謂的“蝴蝶出瞳擴(kuò)展”的光導(dǎo)系統(tǒng)，基于微軟的專利US9791703B1。
本次研討會覆蓋AR全息光波導(dǎo)設(shè)計全流程，包含系統(tǒng)規(guī)格定義、全息圖表面設(shè)置、波導(dǎo)TIR結(jié)構(gòu)搭建、像質(zhì)優(yōu)化、物理約束與工程化改進(jìn)等核心環(huán)節(jié)。通過實戰(zhàn)案例演示，從0到1搭建可優(yōu)化的全息光波導(dǎo)系統(tǒng)，為AR光學(xué)研發(fā)人員提供可直接復(fù)用的建模流程、優(yōu)化方法與工程約束思路，助力高效完成AR光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與驗證。
核心應(yīng)用場景包括：
? AR/VR 顯示（主力）：消費(fèi)級 AR 眼鏡滲透率超25%，衍射光波導(dǎo)因輕薄、高透光率、量產(chǎn)友好，成為主流方案，代表產(chǎn)品包括 HoloLens 2、Magic Leap 2及國產(chǎn)AI眼鏡。
? 光通信與光子集成：硅基光波導(dǎo)用于光開關(guān)、分束器、波分復(fù)用器，支撐數(shù)據(jù)中心光互連、800G/1.6T光模塊升級。
