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CML 編譯器的參數提取 本節介紹如何使用腳本文件自動提取和保存光柵耦合器的 S 參數。我們假設光柵耦合器已經優化，因此僅執行原始工作流程的第3步概述部分是必要的。此步驟中生成的 S 參數文件可以直接在 CML 編譯器中使用，為光柵耦合器創建緊湊模型。

圖4（b）比較了裸光柵耦合器、覆蓋的光柵耦合器以及ML-VGC的耦合效率。結果顯示，裸光柵耦合器在1550nm處的峰值耦合效率為?5.78dB；而覆蓋的光柵耦合器中心波長偏移至1560nm；通過微透鏡輔助角度控制的ML-VGC的性能提高到-3.06dB。此外，圖4（c）和圖4（d）展示了透鏡位置偏差和高度偏差對耦合效率的影響。

圖4（b）比較了裸光柵耦合器、SiO₂覆蓋的光柵耦合器以及ML-VGC的耦合效率。結果顯示，裸光柵耦合器在1550nm處的峰值耦合效率為?5.78dB；而SiO₂覆蓋的光柵耦合器中心波長偏移至1560nm；通過微透鏡輔助角度控制的ML-VGC的性能提高到-3.06dB。此外，圖4（c）和圖4（d）展示了透鏡位置偏差和高度偏差對耦合效率的影響。

本文介紹了一種用于光子集成電路光纖-波導耦合系統的多尺度仿真工作流程。光與光柵耦合器在微觀上的相互作用使用 Ansys Lumerical 進行仿真，而 Ansys Zemax OpticStudio 則用于宏觀傳播和公差分析。此示例的工作流由四個步驟組成。前兩個步驟模擬了光從光柵耦合器傳播到光纖（“出”方向），而后兩個步驟模擬了光從光纖傳播到光柵耦合器（“入”方向）。

高耦合效率設計：分布式布拉格反射器的光柵耦合器或者光柵反射器，二元閃耀光柵耦合器，雙刻蝕切趾光柵耦合器等 2D FDTD模擬光柵耦合器SMGP模擬結果區域探測器得到的波長0.843um處Ey強度圖（2D&3D）

高耦合效率設計：分布式布拉格反射器的光柵耦合器或者光柵反射器，二元閃耀光柵耦合器，雙刻蝕切趾光柵耦合器等 2D FDTD模擬 模擬結果 線探測器得到的功率譜點探測器得到的時域中的Ey場 區域探測器得到的波長

圖5 (a)所制造的光子集成電路的顯微圖像，測量的二維光柵耦合器的(b)耦合效率(c)偏振相關損耗(d)峰值耦合效率結語本篇文章的研究通過多極輻射模式增強與雙層級結構設計，在商用工藝平臺上實現了高效、低偏振敏感的二維光柵耦合器，解決了一個高效的和偏振分集的光纖芯片耦合的挑戰，為硅光子技術的規模化應用掃清關鍵障礙。

前兩個步驟模擬了光從光柵耦合器傳播到光纖（“出”方向），而后兩個步驟模擬了光從光纖傳播到光柵耦合器（“入”方向）。分析了兩個方向對系統損耗的貢獻，以及對光纖橫向偏移的公差分析。概述由于模式失配以及對光纖和波導之間的錯位高度敏感，高效的光纖-波導耦合器設計非常具有挑戰性。為了應對這一挑戰，復雜的耦合器設計涉及光與微觀及宏觀結構相互作用。

建模任務 任務： 生成探測器來評估給定視場（FOV）的波導耦合光柵的性能（平均效率，均勻性）。 探測器可用于分析透射或反射模式下的指定衍射級。

這是因為該系統定義了兩個光柵。一種是帶有圓形區域的一維傾斜光柵，用于在光線中耦合。一種是帶有矩形區域的二維六邊形光柵，用于耦合光線。在這個系統中，我們在玻璃板（波導）的表面定義了兩個光柵物體。準直光束入射到第一個耦合光柵上。在波導中進行一些TIR引導后，它將被第二個光柵耦合出來。

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 使用內置調制介質的具有傾斜脊的一維周期光柵結構。

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 使用內置調制介質的具有傾斜脊的一維周期光柵結構。

這是因為該系統定義了兩個光柵。一種是帶有圓形區域的一維傾斜光柵，用于在光線中耦合。一種是帶有矩形區域的二維六邊形光柵，用于耦合光線。在這個系統中，我們在玻璃板（波導）的表面定義了兩個光柵物體。準直光束入射到第一個耦合光柵上。在波導中進行一些TIR引導后，它將被第二個光柵耦合出來。

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 使用內置調制介質的具有傾斜脊的一維周期光柵結構。

上海交通大學的智能顯示實驗室（sdl.sjtu.edu.cn），提出了一種基于五通道波導及二維擴瞳器的近眼顯示。如圖1所示，其基本架構由（1）五通道波導、（2）入耦合光柵（ICG）、（3）出耦合光柵（OCG）所組成。其核心設計思路為將通道1/2/3/4/5的入耦合光柵置于僅包含子視場1/2/3/4/5的獨立區域內，從而實現五通道的視場分割。

如設定光闌相對光軸偏移量為（-2.38，0），則允許透過（-1，0）衍射級，在后方探測器#603可以直接顯示該衍射級的復振幅、強度、相位等信息。圖5. 利用取出選取操作查看特定衍射級次的光斑在圖6可以看到對應二維叉形光柵不同衍射級次的光斑分布和相位分布。對于階數分別為lx和ly的二維叉形光柵，對應衍射級次nx，ny的拓撲荷為l=nxlx+nyly.

本案例主要說明： ? 如何在光柵工具箱中配置二維光柵結構，通過： - 基于介質的定義類型 - 基于表面的定義類型 ? 計算前如何改變高級選型并檢查定義的結構。 ? 注意：在VirtualLab中，具有二維周期性的光柵結構稱作3D光柵。因此，層狀光柵(一維光柵)被稱為2D光柵。 2.

? 光柵工具箱中構建二維光柵的方法 ? 基于介質定義的類型 ? 基于界面定義的類型 ? 計算之前修改高級選項和檢查定義的結構的方法。 ? 提示：在VirtualLab軟件中的光柵結構中，表現為二維周期性的被稱作 三維光柵。同樣的，層狀光柵（一維周期性）被稱作二維光柵。

一種解決方案是使用多個一維光柵來模擬瞳孔，有關詳細信息，請參閱《Ansys Lumerical | 采用一維光柵的出瞳擴展器的優化》。在本文中，波導由Lumerical設計的兩個光柵組成。內耦合器（IC）是一維斜光柵，外耦合器（OC）是由平行四邊形柱組成的二維光柵。這些光柵通過動態鏈路在OpticStudio光學系統中使用。2D OC光柵被分成幾個部分，其中的光柵參數部分可以分別進行調整。

? 光柵工具箱中構建二維光柵的方法 ? 基于介質定義的類型 ? 基于界面定義的類型 ? 計算之前修改高級選項和檢查定義的結構的方法。 ? 提示：在VirtualLab軟件中的光柵結構中，表現為二維周期性的被稱作 三維光柵。同樣的，層狀光柵（一維周期性）被稱作二維光柵。