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體積全像在許多類型的光學(xué)系統(tǒng)中很受歡迎，例如：抬頭顯示器（HUD）、擴(kuò)增實(shí)境（AR）和虛擬實(shí)境（VR）的頭戴型顯示器（HMD）。全像能夠?qū)?em>光線繞射到任何所需的角度，其波長(zhǎng)和角度的選擇性使其能夠創(chuàng)造更輕、更緊密的光學(xué)系統(tǒng)。OpticStudio長(zhǎng)期以來(lái)一直支持理想全像的模擬。然而，為了準(zhǔn)確地說(shuō)明體積全像的特性，除了考慮繞射光線的傳播方向外，還必須考慮繞射效率、材料收縮或折射率變化等因素。

利用COMSOL的模式分析，可以非常方便地得到各種光纖設(shè)計(jì)的模場(chǎng)分布和有效折射率。一種光纖的相位（左）和模場(chǎng)（右）分布 光纖可以將光傳輸幾千千米，如果我們?cè)趥鬏數(shù)?em>光中攜帶有信號(hào)，例如振幅、頻率、偏振等，就可以利用光纖來(lái)傳輸信息了。這就是當(dāng)今光子學(xué)的基本思想，用光子代替電子，將其用于信息傳輸和信息處理。與電子學(xué)中的集成電路類似，光子學(xué)中也有集成光路的概念。

對(duì)于區(qū)域 搜索，我們應(yīng)該指定模式的大致數(shù)量和復(fù)雜有效折射率的區(qū)域。您可能想知道如何為成功的計(jì)算做出一個(gè)好的初始猜測(cè)。這實(shí)際上是因人而異的，但如果你使用由芯和包層組成的典型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，我有一個(gè)基本建議：在這種情況下，感興趣的模式具有介于兩種材料的折射系數(shù)之間的有效模式折射率，而基模折射率最高。因此，在模式搜索基準(zhǔn)值 時(shí)，將初始猜測(cè)值設(shè)置為接近芯層折射率可以保證求解器找到基模。

圖 6： 漸變折射率光纖的折射率分布，在纖芯區(qū)域呈拋物線形。導(dǎo)模的有效折射率（顯示為灰線）等距分布。 在直觀的圖片中，人們可能會(huì)認(rèn)為圍繞光纖軸振蕩的光線比直接穿過(guò)的光線具有更長(zhǎng)的路徑長(zhǎng)度，但這可以通過(guò)振蕩光線看到的外部區(qū)域的較低折射率來(lái)補(bǔ)償。然而，這種含糊不清的想法往往具有很大的誤導(dǎo)性。

研究團(tuán)隊(duì)基于有效介質(zhì)理論（EMT），將折射率相近的層合并為5層，通過(guò)下面公式計(jì)算等效折射率，確保聚焦性能接近理想“無(wú)限層GRIN透鏡”。仿真顯示，5層結(jié)構(gòu)與11層的耦合損耗差異可忽略，如圖2所示。公式： 圖2三種梯度折射率透鏡的性能比較。

但人眼系統(tǒng)具有相對(duì)較小的光瞳尺寸，因此在此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，一般會(huì)認(rèn)為球差和彗差並不十分重要。同理，其餘的像差在此也可先行忽略。隨著自由曲面製程技術(shù)的演進(jìn)，光學(xué)設(shè)計(jì)者得以摒除許多以往的限制條件。同時(shí)，OpticStudio具有優(yōu)越的運(yùn)算能力，可以進(jìn)行規(guī)模較大的系統(tǒng)和更多影像參數(shù)的模擬。得益於此，眼科鏡片的設(shè)計(jì)可以有更進(jìn)一步的改善，我們將在以下的文章中詳述。

當(dāng)不對(duì)接觸墊施加電壓時(shí)，光通過(guò)上分支和下分支暢通無(wú)阻地流動(dòng)，并在分支合并在一起的點(diǎn)相長(zhǎng)干涉。然而，當(dāng)向接觸墊施加特定電壓時(shí)，在接觸墊內(nèi)的區(qū)域中產(chǎn)生局部電場(chǎng)。在外部電場(chǎng)影響下，該區(qū)域的材料特性改變了該介質(zhì)的折射率，進(jìn)而有效地改變了光通過(guò)上部波導(dǎo)傳播的速度。當(dāng)這些在上部和下部分支中傳播的光在分支合并處相互干涉時(shí)，會(huì)導(dǎo)致相消干涉，沒(méi)有光向前傳播。 泡克耳斯效應(yīng)的潛在應(yīng)用是設(shè)計(jì)光開(kāi)關(guān)。

此外， TE基模的有效折射率是通過(guò)掃描電壓時(shí)，從FEEM所得的結(jié)果中收集的。最終得到了下圖顯示的結(jié)果，有效折射率與施加電壓為線性關(guān)系。在不同電壓下，折射率的實(shí)部相對(duì)于0V時(shí)的折射率的發(fā)生了變化。我們以Lπ作為度量參數(shù)，表示產(chǎn)生π相位變化所需的調(diào)制波導(dǎo)長(zhǎng)度。該值與電壓相乘以得到VπL，是調(diào)制器性能的重要指標(biāo)。

圖4展示了在不同Si波導(dǎo)、 波導(dǎo)寬度下，兩波導(dǎo)組合結(jié)構(gòu)的有效折射率與單個(gè)波導(dǎo)的有效折射率的相對(duì)差值，差值越大說(shuō)明 光場(chǎng)的耦合越強(qiáng)。 圖4 雙波導(dǎo)有效折射率與單波導(dǎo)有效折射率的相對(duì)差隨波導(dǎo)寬度的變化。（a）TE模；（b）TM模在確定劈尖波導(dǎo)的寬度后，還需對(duì)劈尖波導(dǎo)的長(zhǎng)度進(jìn)行掃描，包括絕熱劈尖長(zhǎng)度和 -十字波導(dǎo)劈尖長(zhǎng)度。

在這種情況下，應(yīng)使用高斯束腰光束選項(xiàng)來(lái)模擬光束模式。雷射的一般輸出可以從近軸波動(dòng)方程的解中找到。對(duì)於雷射增益孔徑中的矩形、圓形和橢圓對(duì)稱性，已經(jīng)找到了該方程的三組正交解。所有這三種解決方案都可以在物理光學(xué)傳播 (POP) 中的 OpticStudio 中建模。一旦確定了由這些解決方案中的任何一個(gè)定義的光束的輸入分佈，就會(huì)使用 POP 將光束傳播通過(guò)感興趣的光學(xué)系統(tǒng)。

優(yōu)化X和Y波導(dǎo)橫截面（例如，沿Z方向傳播） 計(jì)算將在波導(dǎo)中使用哪些模態(tài)，是TE模還是TM模，是單模還是多模 計(jì)算光沿波導(dǎo)傳播時(shí)，波導(dǎo)模態(tài)的傳播常數(shù)和有效折射率 計(jì)算波導(dǎo)的電場(chǎng)分布，包括電場(chǎng)的X、Y和Z分量 確認(rèn)傳播的光波不會(huì)產(chǎn)生干涉 計(jì)算潛在損耗，包括波導(dǎo)彎曲可能產(chǎn)生的損耗 矩形波導(dǎo)的仿真 除研究波導(dǎo)屬性之外，還可對(duì)波導(dǎo)所在的系統(tǒng)進(jìn)行仿真

簡(jiǎn)介偏振態(tài)分析(polarization analysis)可以作為一般光線追跡的進(jìn)階功能。在模擬的過(guò)程中，會(huì)將入射光因?yàn)樵砻驽兡?、反射和吸收而造成的能量損耗納入考量。一般的情況下，OpticStudio可以對(duì)大多數(shù)的鍍膜或雙折射材料進(jìn)行完整的分析。但有時(shí)因?yàn)榉诸悢?shù)據(jù)報(bào)告(Prescription data)不夠齊全，在進(jìn)行模擬時(shí)會(huì)需要簡(jiǎn)化後的模型。

根據(jù)微擾理論和色散曲線，采用推挽配置的MZM調(diào)制器可通過(guò)以下方式計(jì)算 參數(shù)：其中λ為波長(zhǎng)，nLN為TFLN折射率，γ33為TFLN的電光系數(shù)，g為電極間隙，σ表示光模場(chǎng)與施加電場(chǎng)之間的電光重疊因子，而群折射率ng可按下式計(jì)算：其中 表示群速度，c表示真空中的光速。對(duì)于慢光模式，當(dāng) <c時(shí)，會(huì)導(dǎo)致更高的群折射率。

如果數(shù)值孔徑和折射率對(duì)比度很小，它可能只是單導(dǎo)模（LP 01模） 。在這種情況下，光纖稱為單模光纖 LP 11、 LP 20等這樣的高階模式則不存在——只有包層模式，它們并不局限于光纖纖芯周圍。請(qǐng)注意，在大多數(shù)情況下，可以引導(dǎo)具有不同偏振態(tài)的光。術(shù)語(yǔ)“單?！焙雎粤诉@樣一個(gè)事實(shí)，即通常（對(duì)于徑向?qū)ΨQ的折射率分布和無(wú)雙折射）一個(gè)實(shí)際上具有兩個(gè)不同的模式，具有相同的強(qiáng)度分布但正交的線性偏振方向。

亞波長(zhǎng)光柵的有效折射率由尖端寬度、間距以及占空比綜合決定，因此，可以通過(guò)對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使其有效折射率最大程度上與光纖模式匹配，進(jìn)而提高耦合效率。 圖4 基于亞波長(zhǎng)光柵的端面耦合器端面耦合器在垂直方向上的結(jié)構(gòu)變換1. 多個(gè)波導(dǎo)輔助的端面耦合器圖5是在倒錐形上方放置多個(gè)波導(dǎo)以獲得較大模態(tài)面積的方法。

亞波長(zhǎng)光柵的有效折射率由尖端寬度、間距以及占空比綜合決定，因此，可以通過(guò)對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使其有效折射率最大程度上與光纖模式匹配，進(jìn)而提高耦合效率。 圖4 基于亞波長(zhǎng)光柵的端面耦合器端面耦合器在垂直方向上的結(jié)構(gòu)變換1. 多個(gè)波導(dǎo)輔助的端面耦合器圖5是在倒錐形上方放置多個(gè)波導(dǎo)以獲得較大模態(tài)面積的方法。

圖4 （a）結(jié)構(gòu)示意圖；（b）群折射率 圖5 FDE求解器參數(shù)設(shè)置除此之外，我們還知道MRR的耦合長(zhǎng)度可以由對(duì)稱和反對(duì)稱耦合模式的有效折射率之差確定，可由下式表示：因此，我們將FDE求解器放置在耦合區(qū)域處，如圖6（a）所示。

然后光功率沿傳播方向呈指數(shù)下降；傳播常數(shù)得到一個(gè)實(shí)部，減去幅度吸收系數(shù)。通常，導(dǎo)模的數(shù)量隨著波長(zhǎng)變短而增加。對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)，可能只有一個(gè)導(dǎo)模（→ 單模光纖），或者實(shí)際上根本沒(méi)有導(dǎo)模。（階躍折射率分布總是至少具有基模，但對(duì)于某些光子晶體光纖，情況并非如此。）對(duì)于任何導(dǎo)光，這些模式形成了基礎(chǔ)（在數(shù)學(xué)意義上），即完整的正交系統(tǒng)。換句話說(shuō)，任何由光纖引導(dǎo)的復(fù)振幅分布都可以表示為模式的線性疊加。

圖6：應(yīng)力偏光觀測(cè)可有效觀察高應(yīng)力區(qū)域此方法是一種非破壞性的定性觀測(cè)方法，主要是利用塑料受應(yīng)力作用下之光彈特性，來(lái)觀測(cè)材料的雙折射率變化情形。