Lumerical 波動光學材質在SPEOS HUD的整合應用

Lumerical在波動光學的應用

Lumerical為設計者提供世界一流的光學設計軟體和技術服務,開發下一代微奈米尺度光子技術。Lumerical已經被3000多科學文獻和專利所引用,年增長率超過50%。國際光子學研究界同仁已經把Lumerical產品作為他們模擬工具的首選。

FDTD Solutions  是一款三維麥克斯韋方程求解軟體,可以分析紫外、可見、紅外至太赫茲和微波頻率段電磁波與具有亞波長典型尺寸複雜結構的相互作用。Lumerical 的FDTD Solutions、INTERCONNECT 和DEVICE以及MODE Solutions 是綜合光子設計和分析工具的關鍵組成部分。所有的Lumerical軟體均支援資料的輸入輸出以及與常用積體電路模擬軟體EDA 的集成,因而為從器件結構到大型器件優化和系統設計提供一個完整的產品設計流程。2020併入ANSYS 為旗下應用在物理光學之模擬軟體。

˙Lumerical的模擬技術

Lumerical的應用領域
關於更多Lumerical應用案例連結:https://support.lumerical.com/hc/en-us#app-anchor

Lumerical波長範圍的微結構模擬

 

Lumerical是波動光學中的多功能工具。它基於基本的電磁方程,非常適合波長范圍的結構。例如,模擬電磁波如何通過微結構。 Lumerical還支持腳本語言。這有助於我們將輸出字段轉換為不同的參數。例如,鏡面分佈,s參數或射線集。然後,我們可以將這些信息導入到宏觀幾何光學ANSYS SPEOS中。

 

HUD 膜層材質應用

設計HUD的目標會希望將平視顯示器的結果,與背景視圖和投影視圖結合起來。因此,它應該是具有足夠反射的高透明性。

為了達到這個目的,我們設計三種微結構: 第一個是多層薄膜。如該圖所示,我們可以設置適當的膜厚度,以使反射光可以滿足相長干涉條件。只有滿足此條件的光才能被反射,因此可以獲得高透射率的平視顯示。同時,相同條件僅在特定波長下有效,這意味著我們可能需要多層膜來構成白光反射器。 (R,G,B膠片)

 

第二個使用金屬納米球。我們改變球體半徑以滿足不同的共振波長。等離子體共振導致特定波長的反射。我們還需要組合多個薄膜作為白光反射器。最後一個由矩形納米結構組成。不對稱尺寸導致偏振敏感行為。與以前的方法不同,如果我們的平視顯示器需要投射偏振光,則這有助於增加反射。 (例如,反射來自LCD的光)

 

HUD 膜層材質應用模擬程序
STEP 1: 微結構優化設計

我們將多個目標結合在一個品質因數中,其中包括整個頻帶的低損耗,p偏振光的高透射率,R,G,B頻帶的反射相同。 這有助於減少色偏效果。另一個技巧是對稱邊界條件。 我們期望對稱區域中的場相同。 藉此設計出一種為結構,讓不同偏振的光源可以有不同的穿透與反射的表現形式。

 

STEP 2: 將各不同角度光的表現形式輸出為SPEOS材質

 

在步驟2中,我們進行角度掃描,根據入射角和波長收集反射和穿透的形式,這兩個圖表明我們確實實現了不同偏振的反射。 左邊的是s偏振光,右邊的是p偏振光。 您會看到s偏振光的反射比p偏振光大得多。我們還將這些數據導出到.coated文件中。 該文件記錄不同入射角和偏振的反射和透射。

 

 


STEP 3: SPEOS Coating材質

將LUMERICAL設計的微結構轉成COATING材質後,我們可以在SPEOS的材質表格中了解這個材質在P波有較高的穿透率,而S波有較高的反射率,配合SPEOS的Polarization材質,我們可以控制這個材質在HUD上,進行抗反射或增加反射的應用。

 

 

STEP 5: CASE1: SPEOS Coating材質應用風檔增加HUD虛像的清晰度

 

利用這個材料在S波有較高的反射率(33%)的特性,我們將PGU的光源轉為S波,並在風檔的內側上面貼覆這一個材質來進行模擬。可以得到增加亮度與對比度的模擬效果。

 

STEP 6: CASE2: SPEOS Coating材質應用Cover Lens產生抗雜光的效果

 

利用這個材料在P波有較高穿透率的特性,我們將外部的太陽光源轉為S波,並在COVER LENS上貼覆這一個材質來進行模擬。可以得到抗反射與消雜光的模擬效果。

 

運用SPEOS光學系統仿真的專業工具。組合不同類型的光源。在此HUD示例中,環境光和投射光與各種光學組件兼容。我們可以在SPEOS GUI中定義參數,也可以從其他仿真工具導入數據。此外,通過SPEOS的視覺化分析對用戶來說也很友好。