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RSS订阅原创 光子逆向设计
LUMOPT 是 Lumerical 公司开发的一款光子逆向设计优化工具，专门用于通过算法自动设计高性能的光学器件（比如波导、超表面、光子晶体等）。LUM = 源自Lumerical（开发该软件的公司名）；OPT = Optical Optimization（光学优化）的缩写。
2025-03-26 21:58:35
787
原创 使用脚本语言实现Lumerical官方案例——环形谐振器(Ring resonator)之第一部分
本文使用脚本语言实现Lumerical官方案例——环形谐振器之第一部分，知识讲解部分稍多。如有错误，欢迎大家批评指正。
2024-12-09 15:42:17
1093
2
原创 相干光学信息处理
光学图像相减：一般用于检测比较两幅图像之间的差异。实现图像相减的方法很多，仅介绍两种： (1)空域光栅编码频域解码;(2)频域光栅滤波。
2024-12-06 17:26:21
894
原创 使用脚本语言实现Lumerical官方案例——闪耀光栅(Blazed grating)（纯代码）（2）
例如`find(n,n_target)`，`find`函数可能是在向量`n`中查找与`n_target`匹配的元素索引，用于在指定维度上精准定位要提取的数据位置。另外，它也可能是一个逻辑索引向量，其中`true`的位置对应的元素会被提取，`false`的位置对应的元素会被忽略。`，其中`mname`是监视器名称，`i`是频率点的索引，表示获取该频率下每个光栅阶数的功率传输比例.`，其中`mname`是监视器名称，`i`是频率点的索引，表示获取该频率下的光栅阶数对应的衍射角度.第二个参数用于指定频率。
2024-12-05 22:06:15
1147
原创 使用脚本语言实现Lumerical官方案例——闪耀光栅(Blazed grating)（纯代码）（1）
BFAST就像是给这个“光的扇子”加了一个特殊的限制，让所有不同波长的光都只能以一个固定的角度照射到物体上，就好像给光规定了一条特定的“跑道”，所有光都得沿着这条“跑道”走. 在研究一些周期性结构，比如具有周期性排列的纳米结构、光栅等的光学特性时，如果用普通的方法，当宽带光以一定角度入射时，计算会变得很复杂，而且容易出错。不过在闪耀光栅中，因为其特殊的结构使得在某些光栅阶下，光的强度会比其他普通光栅在相同光栅阶下的光强要高很多，尤其是在闪耀方向对应的光栅阶上，光就好像被“偏爱”了一样，强度很突出。
2024-12-04 21:18:17
1298
原创 使用lumerical脚本语言创建绘制波导并进行数据分析（纯代码实现）（2）
接上篇的波导结构继续进行分析。使用lumerical脚本语言创建绘制波导、配置一维模式求解器的各项参数、执行网格收敛性测试、在z span进行多次模拟进行收敛性测试、进行一维平板波导的模式相关计算和分析及通过改变波导的厚度来扫描不同厚度下多个模式的有效折射率以及 TE 极化分数（代码均有详细注释）。
2024-12-03 17:32:27
908
原创 使用lumerical脚本语言创建绘制波导并进行数据分析（纯代码实现）（1）
使用lumerical脚本语言创建绘制波导、配置二维模式求解器、计算模式轮廓、计算有效折射率（neff）和群折射率（ng）随波长的变化关系、计算有效折射率（neff）随波导宽度的变化关系及针对有效折射率法进行相关数据处理（代码均有注释详解）。
2024-12-02 21:13:44
1614
原创 使用lumerical脚本语言创建定向耦合器并进行数据分析（纯代码实现）
例如，在光纤通信系统中，定向耦合器可以用于将输入光信号的一部分耦合到另一个光纤分支中，用于监测光信号的强度、波长等参数，或者用于实现光信号的分配，比如把一束光信号分成多束，分别传输到不同的地方。奇数模式：奇数模式下，能量分布在两个波导中也比较均匀，但由于电场的反对称性，在两个波导之间的边界区域，电场的变化较为剧烈，这导致能量在波导边界附近的分布相对更复杂。从光功率耦合的角度来看，在波导间隙较小的情况下，光从一个波导耦合到另一个波导的过程会比较容易发生，并且在较短的传播距离内就能实现较大比例的光功率耦合。
2024-12-01 18:10:11
1246
原创 使用lumerical脚本语言创建弯曲波导并进行数据分析（纯代码实现）
本文使用lumerical脚本语言创建弯曲波导，设置有限差分时域（FDTD）模拟，改变波导弯曲半径计算损耗，绘制图像展示电场强度分布情况。
2024-12-01 16:32:16
1830
原创 Staircase mesh” 和 Conformal mesh区别
它会根据物体的边界曲线来调整网格的形状，使得网格能够更好地适应物体的轮廓。例如，在模拟圆形物体的边界时，保形网格的边界会更接近真实的圆形，而不是像阶梯状网格那样有明显的锯齿。它像是给物体穿上了一件量身定制的网格“衣服”，网格的形状会随着物体形状的变化而变化。比如在模拟一个圆形物体的边界时，它可能会用方形的网格来近似圆形，边界就会有明显的锯齿状，就像用积木拼出一个近似圆形的轮廓一样。不过，这种网格的生成算法相对复杂，计算成本可能会比阶梯状网格高，因为它需要更多的计算资源来生成贴合形状的网格。
2024-11-28 16:31:23
305
原创 衍射受限非相干成像系统的传递函数
相干光照明时: 物面上各点的振幅和相位随时间作相同的变化, 彼此相关(相干). 它们发出的光波之间的相位差仅由相对位置决定, 相位差恒定. 在像面上的光场分布是复振幅的线性叠加.非相干照明时: 在观测时间内, 物面上各点的振幅, 相位随时间变化的方式是彼此独立、统计无关的. 非相干成像系统是强度的线性系统. 在一定条件下是强度的线性空间不变系统.该式表明: 像的强度分布是几何光学理想像的强度分布与强度点扩散函数的卷积, 系统的成像特性由强度点扩散函数决定.衍射受限系统的OTF是光瞳函数的归一化自相关函数.
2024-11-26 18:05:04
789
原创 衍射受限系统的相干传递函数
(3) 衍射受限成像系统的频率传递特性相当于一个低通滤波器. 它存在一个有限的通频带, 在此通频带内的全部频谱分量可以通过系统而没有振幅和相位的畸变和变化;)决定的值在光瞳内, 传递函数对此频率的值为1, 该频率的信息成分通过系统时的振幅和相位都不发生畸变和变化, 可以完全通过系统;)决定的值在光瞳外, 传递函数对此频率的值为0, 该频率的信息成分不能通过系统, 被滤掉了。位于轴上的物点产生的像是圆对称的。轴的狭缝在像面上产生的相干线扩散函数为相干传递函数沿ξ轴截面的一维傅里叶逆变换。
2024-11-26 17:28:16
907
原创 PML和金属边界区别
例如，将PML看作是一种“电磁海绵”，当光（电磁波）传播到这个边界区域时，就像水被海绵吸收一样，光会逐渐被PML吸收，而不会被反射回来干扰波导内部的光场分布。金属在光学频段通常具有很高的电导率，根据电磁理论，当电磁波入射到金属表面时，会产生感应电流，这个感应电流又会产生一个反射波，使得大部分的入射电磁波被反射回来。可以简单地理解为，金属边界就像一面镜子，光（电磁波）照射到上面时，大部分光会被反射回去，只有很少一部分能量会被金属吸收（在高频情况下，金属的趋肤效应会使得光在金属表面的一个很薄的层内被吸收）。
2024-11-24 22:44:56
521
原创 lumerical脚本语言——光栅
以光为例，当光通过一个光学器件（比如光栅或者透镜等）进行传播或者衍射时，主瓣是光强最强的部分，它主要沿着我们期望的方向传播，就像光束的主要“队伍”。例如，在光栅衍射中，可以通过改变光栅的折射率分布或者光栅的形状等方式，使得旁瓣的能量降低，让光信号主要集中在主瓣方向，从而提高信号的质量和准确性。基本概念：布拉格光栅就像是一种特殊的“镜子”，不过它反射的不是我们平常看到的形象，而是光。它是一种周期性的结构，通常是在光纤或者光学材料的表面（或内部）形成的一种有规律的折射率变化的区域。，其中n是材料的折射率，
2024-11-24 17:37:26
874
原创 光子晶体光纤
传统阶跃折射率光纤（SIOF）： 由两种均匀材料构成，依靠纤芯掺杂实现光子晶体光纤（PCF）： 把微米级甚至纳米级微结构引入光纤剖面设计中，依靠微结构不同于一般均匀材料的色散、能带等特性。整个光纤的外径通常和商用普通光纤保持一致，为 125um导光基本原理：PCF中空气孔排列组成的光纤包层的有效折射率低于纤芯的折射率，而光总是趋向存在于高折射率材料中，因此光波可以被束缚在芯层里。
2024-11-24 16:28:49
1356
原创 掺铒光纤激光器
还是用回音壁的例子，当声音不断地在回音壁内反射加强时，就好像把能量（声音的能量）存储在了这个空间里。在微波领域，谐振腔可以用来存储微波能量，并且可以通过调节腔的参数（比如形状、尺寸等）来控制存储的能量大小和频率等特性。简单来说，谐振腔就像是一个“特殊的房间”，它能够让特定频率的波在里面愉快地“回荡”。（1）分布布拉格反射（DBR）光纤激光器：使用两个较高反射率的光纤光栅作为反射镜置于掺杂光纤的两端，构成线形谐振腔来增强模式选择，可以把光纤光栅熔接到掺杂光纤上，也可以直接把光纤 光栅写到掺杂光纤上。
2024-11-22 16:56:38
1184
原创 掺铒光纤放大器
（1）传统的光-电-光中继对每一波长要分别处理，不适WDM系统；由于电的参与，处理速度受到限制；但能对信号再放大、再定时和再整形。（2）光放大器的重要性动机：解决电中继器设备复杂、维护难、成本高的问题影响：光放大器最重要的意义在于促使波分复用技术 (WDM)走向实用化、促进了光接入网的实用化。
2024-11-22 16:13:08
950
原创 最大熵谱估计
保证外推后自相关矩阵正定，自相关序列所对应的时间序列应具有最大熵，在具有已知的p+1个自相关取样值的所有时间序列中，该时间序列是最随机，最不可预测的， 谱是最平坦的，最均匀的。det(R (N+1))是Rxx (N+1)的二次函数，凹口向下，只有一个最大值。设Rxx (N+1)是信号自相关函数的第N+2个值，根据自相关函数的性质，由N+2个自相关函数组成的矩阵为。式中det(R(N))表示矩阵R (N)的行列式，由上式表明为使熵最大，要求det(R (N))最大。已知{ R(0),R(1),…
2024-11-22 15:12:51
351
原创 AR模型谱估计
假设信号x(n)的数据区间在0≤n≤N-1范围，有P 个预测系数，N个数据经过冲激响应为api (i=0,1, 2, …,p) 时 ， He (z) 和 H(z) 互 为 逆 滤 波 器 ， He(z)=1/H(z),因此He (z)也称为白化滤波器。性能分析：该方法需要基于有限的观测数据估计自相关序列，当数据长度较短时，估计误差会比较大，AR参数的计算就会引入很大的误差。对于实信号，由于自相关函数是偶对称的，因 此只要估计出p+1个自相关函数的值，通过解上述方程即可得到x(n)的功率谱估计。
2024-11-22 14:58:46
1389
原创 现代谱估计中的参数建模
根据已观察到的数据，选择一个正确的模型，可以估计出该模型的参数，即可得到随机信号。既有极点也有零点的谱应选用ARMA模型，相对地说, ARMA模型适用范围较宽。对于具有尖峰的谱，应该选用具有极点的模型， 如AR和ARMA模型；对于具有平坦的谱峰和深谷的信号，可以选用MA模型；在选择模型合适的基础上， 应尽量减少模型的参数。)有限的观测数据，或者它的有限个自相关函数估计值，估计模型参数;)=0，这与实际情况是不符合的，从而造成分辨率的降低。解决方法：根据已观察到的数据，选择一个正确的模型，认为。
2024-11-20 11:23:07
303
原创 经典谱估计
就是如果随着你抽取弹珠的次数越来越多，每次抽取样本计算出来的这个平均重量（也就是估计值）越来越接近盒子里所有弹珠真实的平均重量，那么这个估计方法（计算样本平均重量来估计总体平均重量）就是一致估计。→∞时，周期图的统计平均值趋于它的真值，因此周期图属于渐近无偏估计。结论：传统的功率谱估计方法无论采取哪一种改进方法，总是以减少分辨率为代价，换取估计方差的减少，提高分辨率的问题无法根本解决。以分辨率的降低换取了估计方差的减少，估计量的方差和分辨率是一对矛盾。平均周期图的估计方差是周期图的方差的1/
2024-11-20 10:59:15
625
原创 光纤光栅详解
闪耀 FBGs ：与光纤的纤轴成一定角度所刻制成的光栅，被选择的波长的光被反射至纤芯外。凡是外界因素造成光栅周期、传输模式的变化，都将使光纤光栅的传输特性发生变化。长周期光纤光栅是一种透射型光纤光栅，其光学特性是由前向传输的导模和光栅中包层模之间的耦合所决定的。前向传输的模式和后向传输模式的耦合, 反射带通滤波光栅，对特定的波长反射并后向传输。长周期光纤光栅透射谱的可调谐性：改变包层外介质的折射率、改变包层的直径。非均匀周期光栅——划分为小间隔的均匀光栅——均匀光栅已知的传输矩阵。
2024-11-18 17:20:13
2136
原创 计算全息详解
光栅作为一种分光元件, 常用于光谱仪器(光栅光谱仪、光栅单色仪等) 中, 用来研究物质、元素、太阳的光谱. 早期的光栅主要是用机械刻划的方法制作, 制作过程中难免会有栅距误差. 如果光栅制作的不够完好, 有栅距误差, 就会在光谱面上得到一些“鬼线”.第3项通过对余弦型条纹的振幅和相位调制, 记录了物波的全部信息.第 1 、 2项是偏置项, 它的作用是使t(x,y)为非负数.从全息再现、信息传递的角度来看, 除了占用信息通道外, 是多余的.在光学全息中, 第 1 、 2项是不可避免的.
2024-11-18 10:59:54
1497
原创 体积全息及平面全息图的衍射效率
当记录材料的厚度是条纹间距的若干倍时，则在记录材料体积内将记录下干涉全息图的三维空间分布，就形成了体积全息。全息图的衍射效率直接关系到全息图再现像的亮度。通常定义为全息图的一级衍射成像光通量与照明全息图的总通量之比。结论:不论是振幅全息图，还是相位全息图，矩形函数形式都比正弦型的衍射效率要高。一种是物光和参考光在记录介质的同一侧入射，得到透射全息图，再现时由照明光的透射光成像。另一种是物光和参考光从记录介质的两侧入射，得到反射全息图，再现时由照明光的反射光成像。对于平面全息图有振幅全息图和相位全息图。
2024-11-18 09:30:53
416
原创 相位全息图与模压全息图
相位全息图的透射光场不像振幅光栅只有零级和正负一级衍射，而是包含许多级衍射。平面全息图的振幅透过率一般是复数,它描述光波通过全息图传播时振幅和相位所受到的调制，可以表示为。这表明照明光波通过全息图时，仅仅是振幅被调制，可称为振幅全息图或者吸收全息图。照明光波通过全息图时，受到均匀吸收，仅仅是相位被调制，我们称之为相位全息图。用振幅为C的平面波垂直照明全息图，透射光场分布为。忽略吸收，并略去常相位，相位全息图的透过率为。n=±1对应的光波是我们需要的成像光波。当相位延迟与（x，y）无关时，有。
2024-11-18 09:20:56
400
原创 彩虹全息术
常见的白光全息有反射全息、像面全息和彩虹全息. 彩虹全息图是一种能实现白光显示的平面全息图， 除了能在普通白炽灯下观察到明亮的立体像外，还具有全息图处理工艺简单、易于复制等优点.彩虹全息是利用记录时在光路的适当位置加狭缝，再现时同时再现狭缝像，观察再现像时将受到狭缝再现像的限制，其作用为限制再现光波，以降低像的色模糊，从而实现白光再现单色像。当用白光照明再现时，对不同的颜色的光，狭缝和物体的再现像位置都不同，在不同位置将看到不同颜色的像，颜色的排列顺序与波长顺序相同，犹如彩虹一样，因此称为彩虹全息。
2024-11-18 08:58:15
521
原创 像全息图详解
记录介质不是放在物光波的菲涅耳衍射场内, 也不是放在其频谱面上(即夫琅和费衍射场内),而是物体靠近记录介质,或利用成像系统使物体成像在记录介质附近,或者使一个全息图再现的实像靠近记录介质, 都可以得到像全息图. 采用相干光(激光)记录, 可用非相干光(如白光)再现.方式2:利用全息图的再现像作为像光波.通常先对物体记录一张菲涅耳全息图,然后用参考光波的共轭光波照明全息图,再现物体的实像.实像的光波与制作像全息时的参考光波叠加,得到像全息图.此时, 再现光源空间展宽对再现像的影响小, 造成的像模糊也小.
2024-11-17 22:12:34
716
原创 傅里叶变换全息图
(6)傅里叶变换全息图记录的是频谱, 而不是物本身. 对于大部分低频物来说, 其频谱都非常集中, 直径仅1mm 左右, 记录时若用细光束作参考光, 可使全息图的面积小于2mm^2, 所以特别适用于高密度全息存储.(3)再现像的分辨: 取决于全息图的宽度, 记录的空间频率越丰富(即高频信息越多), 分辨率就越高.因而透镜孔径的限制将起很大作用, 孔径越大, 截止频率越高, 为充分利用透镜口径应将物紧靠透镜.第一项是直透平面波;(5)傅里叶变换全息图所记录的干涉条纹的排列是有序的, 这一点特别适用于计算全息.
2024-11-17 21:56:15
1176
原创 菲涅耳全息图
实际光源上每一个点作为参考光源会产生全息图上的不同光栅结构,作为再现光源会产生不同的再现像,一个物点将对应产生多个像点,用扩展光源作为参考光和再现光源时会导致再现像的展宽,这个现象叫做线模糊。, 再现的两个像点位于通过原点的倾斜直线上. 说明: 即使用轴外照明光源再现, 同轴全息图产生的各分量波衍射仍然沿同一方向传播, 分不开, 观察时仍互相干扰.)的二次相位因子是傍轴近似的球面波的相位因子, 表示发散或会聚, 它给出了再现像点在。)的点源产生的发散球面波, 再现像是虚像, 位于全息图的左侧.
2024-11-16 22:07:38
1218
原创 基元全息图
从频域来看, 被相干光照明的物体上的不同的点, 沿同 一方向发出的光波, 可以看作是同一频率成分, 或者说, 物光波可看作是许多具有不同相位、沿不同传播方向的平面波(即角谱)的线性叠加, 也就是可看成不同频率成分的线性叠加。从空域来看, 被相干光照明的物体, 可以看作是许多相干点源的集合, 物体上每一点发出的光波相当于一个球面波, 物光波可看作是许多由不同位置发出的不同相位的球面波的叠加, 与参考光波相干涉, 所形成的基元全息图称为基元波带片。2.4 发散球面波与会聚球面波形成的干涉条纹。
2024-11-11 21:53:00
382
原创 同轴全息图和离轴全息图
透射光场可以看成由两项组成: 一项是由t0表示的强而均匀的平面波, 它相当于波前记录时的参考波, 另一 项是Δt 所代表的弱散射波, 它相当于波前记录时的物光波。为了消除同轴全息图中孪生像的干扰,提出了离轴全息图, 也叫做偏斜参考光全息图, 引入了一个倾斜入射的参考光, 利用激光的高相干性。参考光波作为高频载波, 物光波作为调制波, 物光波的振幅信息和相位信息分别作为高频载波的调幅和调相而被记录下来。U4: 含有物光波的共轭光波, 在物体关于全息图的镜像对称位置形成实像。
2024-11-11 21:27:20
1534
原创 光学全息详解
第四项为共轭像, 除与物光波共轭外, 还附加了一个相位因子, 这一项成为畸变了的共轭像, 因为R2中的相位因子无法消除. 若R(x, y)是平面波, R2的相位因子是一个线性相位因子, O*是物光波的“共轭” , 原物光发散, 它是会聚的, U4会在偏离原物体镜像位置的某处形成一个原物体的镜像实像；全息再现: 再现光波经全息图衍射, 使全息图上的强度调制信息(振幅透过率信息)还原(解调)为原物光波的振幅和相位信息, 再现原物光波. 波前记录和波前再现的过程, 实质上是光波的干涉和衍射的结果。
2024-11-11 21:06:52
1822
原创 conformal variant 0 和 conformal variant 1区别
（2）conformal variant 1：如果仿真涉及金属，或者对精度要求非常高，希望获得更精确的结果，那么可以考虑使用conformal variant 1，但使用时需要进行仔细的收敛测试，以确定该方法是否适用于具体的应用场景。（2）conformal variant 1：对于足够小的网格尺寸，其收敛性要优于楼梯填充（传统的非保形网格方法）。不过，“足够小的”网格尺寸高度依赖于具体的仿真情况，在某些情况下需要小于5nm的网格尺寸才能获得较好的结果，而在其他情况下1nm的网格尺寸可能都不够。
2024-11-10 21:09:49
388
原创 参数估计理论
参数估计：先假定研究的问题具有某种数学模型， 如正态分布，二项分布，再用已知类别的学习样本估计里面的参数。线性均方估计的规则，就是把估计量构造成观测量的线性函数，同时要求估计量的均方误差最小。估计理论的主要任务是在某种信号假设下，估算该信号中某个参数（比如幅度、相位、达到时间）的具体取值。非参数估计：不假定数学模型，用已知类别的学习样本的先验知识直接估计数学模型。最大似然估计常用来估计未知的非随机参量或者概率密度函数未知的随机参量。的最大似然估计，需对似然函数求导，并令导数等于0。
2024-11-08 22:09:55
1403
原创 光隔离器和光环形器
光由环行器的一个端口（如端口 1）输入，沿着环形器传输，将从端口 2输出；由端口2输入，则由端口3输出。光总是按规定的路径传输。
2024-11-08 21:06:24
1637
原创 光纤定向耦合器
光耦合器：传送和分配光信号的无源器件，光从一个端口输入，从另一个或多个端口输出。对光信号进行合波或以不同的方式（波长、光功率）进行分波。
2024-11-06 21:06:10
1264
原创 自聚焦透镜
自聚焦透镜：又称为梯度变折射率透镜，是指其折射率分布是沿径向渐变的柱状光学透镜。物点位于光轴上（r0 = 0 ），经自聚焦透镜变为平行光（t = 0），则此时的。像点位于光轴上（r = 0 ），物方入射光线为平行光（t0 = 0），则此时的。聚焦参数：聚焦参数的值大小直接影响了折射率变化的 “剧烈程度”。r与t0无关，即不管从O点发出光线的方向，均将成像于I点。输出的将为平行光线，通过改变节距，可以获得不同的成像特性。将光纤置于自聚焦透镜焦点上，光纤的芯径为。若取自聚焦透镜的长度为P/4，则。
2024-11-06 16:23:12
1346
空空如也
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