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考慮繞射效率使用戶能夠進(jìn)行圖像模擬和綜合優(yōu)化等高級(jí)分析。表面反射光柵與體積全像光柵的比較在介紹這個(gè)模型之前，我們先簡(jiǎn)單解釋一下表面反射光柵（SRG）和體積全像光柵（VHG）的區(qū)別。這兩種光柵在光學(xué)系統(tǒng)中的作用幾乎是一樣的，但在製造和模擬方面卻有很大的不同。 圖 1.

該方程最廣為人知的解法是理想的單模高斯光束的解法。存在依賴(lài)於給定係統(tǒng)對(duì)稱(chēng)性的其他正交解集。1 它們可用於對(duì)高階光束模式進(jìn)行建模。在這篇Blog中，我們描述了 OpticStudio 中可用於表徵高階雷射光束的模型。定義後，此類(lèi)光束可以在 OpticStudio 中使用物理光學(xué)傳播設(shè)計(jì)的任何光學(xué)系統(tǒng)中傳播。

智慧型手機(jī)是地球上最普遍的消費(fèi)技術(shù)之一，包含大量高科技光學(xué)系統(tǒng)。大多數(shù)都有多個(gè)相機(jī)單元，這對(duì)設(shè)計(jì)師和製造商提出了挑戰(zhàn)，以滿足嚴(yán)格的性能、成本和尺寸要求。在這篇Blog中，我們將討論 Zemax 解決方案如何幫助應(yīng)對(duì)和克服這些挑戰(zhàn)。智慧型手機(jī)鏡頭模組用於智慧型手機(jī)相機(jī)的鏡頭模組非常複雜，每個(gè)模組都包含多個(gè)鏡頭元件。

而且，此方法只能在每個(gè)單獨(dú)的字段上模擬PSF。像圖像模擬或相對(duì)照明這樣的分析是不可能的。Figure 2 工作流程的增強(qiáng)版本，如圖1所示。在製造之前，設(shè)計(jì)人員可以使用POP和FDTD來(lái)檢查最終的PSF。

但人眼系統(tǒng)具有相對(duì)較小的光瞳尺寸，因此在此類(lèi)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。

COMSOL的特征頻率分析可以計(jì)算各類(lèi)激光器諧振腔的基模和高階模場(chǎng)分布，為激光器的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的工具。對(duì)稱(chēng)激光腔中的高階模 華裔科學(xué)家高錕博士在1966年發(fā)表的一篇論文奠定了光纖通信的基礎(chǔ)。1970年，低損耗的石英光纖制造成功，光通信的時(shí)代到來(lái)了。光纖通信利用了光的全反射原理，即使光的入射角超過(guò)某一角度時(shí)，沒(méi)有折射只有反射，這樣所有的光就限制在了光纖內(nèi)。

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砻驽兡ぁ⒎瓷浜臀斩斐傻哪芰繐p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?lèi)數(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。

我們提出利用變換光學(xué)來(lái)設(shè)計(jì)支持多個(gè)波導(dǎo)模式傳輸?shù)某o湊多模波導(dǎo)彎曲、交叉及多模微環(huán)腔，且支持?jǐn)?shù)百納米帶寬。另外，我們基于Ansys Lumerical FDTD軟件及波導(dǎo)邊界曲線伴隨法逆向設(shè)計(jì)，優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了任意角度X型交叉等器件，器件體積極致縮小。

波導(dǎo)設(shè)計(jì)與仿真可以使用模求解器對(duì)波導(dǎo)進(jìn)行仿真，并預(yù)測(cè)其傳播模式。Ansys Lumerical產(chǎn)品系列可幫助工程師進(jìn)行光學(xué)波導(dǎo)仿真，而Ansys HFSS高頻電磁仿真軟件則可用于射頻和微波仿真。仿真可以幫助工程師更好地設(shè)計(jì)波導(dǎo)，而無(wú)需進(jìn)行大量反復(fù)試驗(yàn)和原型制作。以下是仿真軟件可實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用示例： 設(shè)計(jì)不同類(lèi)型的波導(dǎo)，這些波導(dǎo)由不同材料制成，具有多種尺寸規(guī)格。

然后，這些電場(chǎng)用于通過(guò)Pockels效應(yīng)在電信波長(zhǎng)下計(jì)算鈮酸鋰中的電光折射率擾動(dòng)。接著，我們?cè)贔EEM中計(jì)算了擾動(dòng)的LN波導(dǎo)的光學(xué)模式，以及TE基模的電壓相關(guān)相位調(diào)制性能，包括損耗和VπL。概述背景光收發(fā)器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。

仿真方法采用三維有限差分光束傳輸法對(duì)MWS和PLC模式（解）復(fù)用器進(jìn)行了數(shù)值模擬。在ANSYS Lumerical FDE求解器中計(jì)算MWS-FMF和SSC-PLC的重疊耦合損耗。利用三維時(shí)域有限差分法（3D-FDTD）計(jì)算了SSC與石英單模波導(dǎo)之間的總耦合損耗。

本期文章將介紹一種新型硅光芯片和FMF之間實(shí)現(xiàn)高效多模耦合的方案^[1]，該方案通過(guò)引入PLC作為中間體來(lái)實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)MF中的每個(gè)模式信道被有效地耦合/解復(fù)用為硅光波導(dǎo)中的相應(yīng)TE0或TM0模式，所述硅光子波導(dǎo)可以與芯片上的任何其他光子器件連接，諸如波長(zhǎng)濾波器、光調(diào)制器或光電探測(cè)器，以實(shí)現(xiàn)光發(fā)射器/接收器。提出的多模耦合概念對(duì)下一代MDM系統(tǒng)的發(fā)展具有很大的前景。

如果頻率范圍很大，其模場(chǎng)在不同頻率范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生變化，這會(huì)導(dǎo)致在光源注入的平面范圍內(nèi)發(fā)生反射和散射，可以理解為在該頻率下實(shí)際存在的模場(chǎng)與正在注入的中心頻率的模場(chǎng)不匹配。為了避免varFDTD中的這些錯(cuò)誤，需要使用較小波長(zhǎng)范圍的光源。如果需要收集寬帶數(shù)據(jù)，就需運(yùn)行多次仿真。

通過(guò)EME Solver仿真得到在1550 nm 處端面耦合器的耦合效率為97.1%（TE模式）、97.5%（TM模式）。 圖6 光場(chǎng)在模斑轉(zhuǎn)換器中的傳輸情況。

如果想使用幾何光線來(lái)模擬多模光纖耦合，那么光纖的纖芯直徑至少要比波長(zhǎng)大10倍以上，這樣纖芯可以支持很多很多的橫模。如果光纖是可以傳播二階或三階模的少模光纖，那我們必須使用物理光學(xué)來(lái)進(jìn)行光纖耦合分析。在這篇文章中，“多模”定義為光纖支持太多種橫模了，以至于光纖可以被視為一個(gè)導(dǎo)光管。 當(dāng)在物面上定義了一個(gè)具有確定尺寸和形狀的擴(kuò)展光源后，幾何圖像分析可以生成任何表面的輻照度分布。

LED系統(tǒng)設(shè)計(jì)：仿真系統(tǒng)連接圖如圖所示，采用直接調(diào)制，其中，LED器件受調(diào)制后發(fā)出信號(hào)光，經(jīng)過(guò)Linear Multimode Fiber多模光纖。器件參數(shù)設(shè)置：波長(zhǎng)為1300nm，帶寬為50nm。信號(hào)調(diào)制速率為100Mbit/s。多模光纖的長(zhǎng)度為500m，損耗為2.61dB/km。通過(guò)光譜儀觀測(cè)，輸出光譜在1300nm波長(zhǎng)處具有較寬的線寬，與較低的輸出光信號(hào)功率。

本期是Lumerical系列中無(wú)源器件專(zhuān)題——復(fù)用器件的設(shè)計(jì)與仿真，主要涉及到波分復(fù)用器件、模分復(fù)用器件以及基于二者的混合復(fù)用器件。我們將會(huì)從復(fù)用器件的應(yīng)用背景、基本原理、常見(jiàn)結(jié)構(gòu)以及性能參數(shù)等部分進(jìn)行講解，并使用Ansys Lumerical FDTD或者M(jìn)ODE模塊進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。接下來(lái)將從復(fù)用器件的基本概念開(kāi)始。

該軟件包含雙向傳輸?shù)?EME 算法和變分VarFDTD 以及FDE有限差分本征模算法，可以方便地設(shè)計(jì)仿真大型平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)距離傳輸器件，以獲得準(zhǔn)確的空間場(chǎng)、頻散特性和重疊積分分析等。 MODE支持 Lumerical多物理場(chǎng)仿真，和 CHARGE和HEAT的聯(lián)用讓 MODE能夠處理集成光學(xué)中的光、電和熱效應(yīng)。

如果想使用幾何光線來(lái)模擬多模光纖耦合，那么光纖的纖芯直徑至少要比波長(zhǎng)大10倍以上，這樣纖芯可以支持很多很多的橫模。如果光纖是可以傳播二階或三階模的少模光纖，那我們必須使用物理光學(xué)來(lái)進(jìn)行光纖耦合分析。在這篇文章中，“多模”定義為光纖支持太多種橫模了，以至于光纖可以被視為一個(gè)導(dǎo)光管。當(dāng)在物面上定義了一個(gè)具有確定尺寸和形狀的擴(kuò)展光源后，幾何圖像分析可以生成任何表面的輻照度分布。

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