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使用Ansys Lumerical FDTD軟件中的嚴格耦合波分析（RCWA）求解器，對2D刻劃光柵的透射特性進行仿真體積全息光柵是通過在感光材料中記錄全息圖案制造而成的。首先，感光材料（即聚合物或玻璃）暴露于由兩個相干激光束產生的干涉圖案中，這就形成了基板材料中折射率的三維調制。當光以原始記錄的入射角之一照射光柵時，它會再現流程中使用的第二個記錄光束。

案例講解 19.1 CHARGE - PN depletion phase shifter – Ansys Optics - Ring Modulator – Ansys Optics - Traveling Wave Mach-Zehnder Modulator – Ansys Optics - Vertical photodetector – Ansys Optics

圖6：馬赫-曾德爾型調制器的基本結構2)基本原理：當入射光從輸入端輸入，經過一個Y分支結構的3 dB分束器后，被分成功率相等的兩束光，并分別進入兩個調制臂中。由于兩條調制臂是對稱的，在無外加電壓的情況下，兩束光的相位相同，在合束器匯合時無相位差。

基于Ansys Lumerical進行無源、有源器件的多類型仿真，覆蓋功率分束器、濾波器等無源光子器件，適用于硅基、鈮酸鋰等多種材料體系，以及微環調制器、垂直光電探測器等有源光子器件，以及CPO中涉及到的光學I/O口等問題。

ANSYS仿真能力ANSYS支持從組件到板級，再到系統級EMC分析，幫助客戶解決電磁相關問題。

圖1（a）所示的SRG，可以通過幾種方法製造，如電子束寫入，光刻，納米壓印，或鑽石車削。與VHG不同，SRG沒有空間變化的折射率。相反，光柵的表面是由周期性的微結構組成的。為了對SRG進行建模，需要採用類似傅里葉模態法（也叫RCWA）的算法。本文將介紹VHG的工具。

一束光線中有位置、方向、能量和波長或顏色信息。對于光學系統的模擬，我們使用多束光的統計分析表現來得到我們的結果。光線的隨機性是通過每條光線的分布、設置的光線方向、能量和波長決定的。這種模擬光線的方法稱為“蒙特卡羅(Monte-Carlo)”模擬，即光線是隨機分布的。一束光線中只包含整個光源的一部分信息，如果我們沒有使用足夠的光線進行分析就會導致結果不準確。

對于閃光激光雷達系統的轉換，由于我們對光線分束和散射進行了建模，因此我們想要確保在 分析方式（Analyze With）設置中勾選 散射（Scattering）和 光線分束（Ray splitting）框。

添加微透鏡為從光柵中提取的光束留出了一些空間 ，以便于其擴束并朝向光纖準直。擴束和準直依賴于光和大于波長尺度的特征結構進行宏觀相互作用。這可以通過 OpticStudio 中的物理光學傳播 （POP） 進行完全模擬。POP 使用標量衍射理論在宏觀系統中傳播標量場。

本示例描述了一種基于Ansys OpticStudio與Speos完成3片式LCD投影儀的設計與仿真方法。如圖所示，LCD顯示器需要外部提供光源照射，光源發出的白光經過積分棒，然后通過紅外、紫外濾光鏡，進入分色棱鏡后生成紅、綠、藍三束光。在合色棱鏡中合成彩色圖像后，最終通過投影光學系統將圖像放大投射到屏幕上。

圖2 MRR型波長解復用器EDG型：EDG是通過滿足光程差公式排布的刻蝕光柵齒面實現對不同波長復用光的合束和分束，以此來實現低損耗和多通道的波長（解）復用功能。

Ansys提供了一系列工具，例如Ansys Zemax OpticStudio光學系統設計與分析軟件，以及Ansys Mechanical結構有限元分析（FEA）軟件，幫助用戶了解各種光學器件和終端應用中的不同材料及其雙折射特性。這些應用還兼容MATLAB和Moldex3D等外部工具。

對于每一束光線，都需要進行數百到數千次運算，才能準確計算其穿過組件的路徑，這就需要具有高計算性能的計算系統。高端CPU有多個內核，其中最高端的CPU有多達128個內核，其可獨立處理每束光線。然而，GPU（通常稱為顯卡）具有不同的架構，其內部的計算單元更小但更多。因此，更好的GPU可以提高光線追跡功能。NVIDIA在2018年將RTX技術推向市場以來，GPU的功能得到了顯著提升。

添加微透鏡為從光柵中提取的光束留出了一些空間 ，以便于其擴束并朝向光纖準直。擴束和準直依賴于光和大于波長尺度的特征結構進行宏觀相互作用。這可以通過 OpticStudio 中的物理光學傳播 （POP） 進行完全模擬。POP 使用標量衍射理論在宏觀系統中傳播標量場。

本文介紹兩種在HFSS中進行電波束掃描的仿真方法。

借助OpticStudio可以精確地設計各種應用的光學元件，從手機攝像頭到激光束擴展器，抬頭顯示等等。為了進一步簡化復雜的設計工作流程，可以動態地將OpticStudio鏈接到Lumerical的RCWA求解器，以計算使用Lumerical設計的復雜二維光柵的衍射效率(當Lumerical FDTD安裝在同一臺PC上時)。

本文介紹兩種在HFSS中進行電波束掃描的仿真方法。

對于每一束光線，都需要進行數百到數千次運算，才能準確計算其穿過組件的路徑，這就需要具有高計算性能的計算系統。 高端CPU有多個內核，其中最高端的CPU有多達128個內核，其可獨立處理每束光線。然而，GPU（通常稱為顯卡）具有不同的架構，其內部的計算單元更小但更多。因此，更好的GPU可以提高光線追跡功能。

圖5：矩形孔徑 在調整了孔徑設置后，結果發現副反射鏡對入射光線束進行了部分遮擋。隨著進一步調整副反射鏡孔徑的偏心，結果令人滿意。調整后，使用光跡圖來驗證整個光跡圖是否覆蓋系統的每個臨界表面。

庫存鏡頭匹配示例參考如下圖所示的擴束器設計。此文件顯示了具有大約λ/10波前誤差的5x擴束器的設計。在初始示例文件中，使用每個透鏡的一個曲率半徑（使透鏡平面彎曲）和一個REAY操作數來優化設計，該操作數以邊緣光線為目標。該設計具有12.5毫米的徑向光束高度（由入射邊際光線的2.5毫米徑向高度和5x放大倍數給出），且鏡片到鏡片的距離固定為200毫米，以產生合理的緊湊型設計。