Lumerical Zemax | 针对 OLED 的联合仿真_Lumerical

Lumerical Zemax | 针对 OLED 的联合仿真

01 说明

此案例首先示范使用Lumerical 中STACK求解器的相关函数指令，优化偶极子在叠层中的位置，接着计算单位立体角的功率，把仿真结果转换成红绿蓝三色光源的能量角度分布。最后把结果转成Zemax OpticStudio 光源格式，在Zemax OpticStudio 中视觉化任意OLED源阵列的远场结果。

02 综述

在Lumerical 中我们会使用stackfield 函数来找偶极子最佳的位置，用stackdipole函数换算出远场光场。最后把远场光场带入Zemax OpticStudio，可以观察多个光源非相干的宏观光场分布。

有些OLED结构会使用散射结构来增加提取效率，但由于散射结构仿真比较耗费仿真资源，因此建议先优化叠层结构之后再进行散射相关优化。

步骤1：确定发光层中的偶极子位置

使用stackfield函数可以获得由平面波注入的多层堆栈内的电场配置档案。最佳偶极子位置是发光层区域的最大电场处，以提高自发辐射速率。

参考文献[1] 中的介电堆栈几何形状由六层组成，折射率分别为1.5 ：2.13 ：1.87 ：1.94 ：1.75 ：0.644+5.28i，如下所示。虽然FDTD仿真和stackfield函数都可用于计算此几何体内的电场分布，但stackfield函数对于多层几何形状的效率要高得多，尤其是在需要大量仿真时。

stackfield函数的输入包含层的折射率、厚度，以及源波长和入射角。这相当于执行一维模拟（一个网格单元沿着x轴和y轴），平面波源沿着z轴移动。相应完整脚本请查看官网案例

步骤2：计算单位立体角的功率

官网案例的脚本文件将使用 stackdipole 函数计算 OLED 堆栈的红、绿和蓝色发射光谱远场功率密度（见下图）。我们使用位于有源区中心的单个非极化偶极子来提取所有三种光频率的功率密度。此结果用于生成 3 个射线集并保存为可导入 OpticStudio 的.dat格式。如下图所示，红色像素显示大视角处每单位立体角的功率较大，即常见的大视角偏红现象。

步骤3：在OpticStudio中进行光线追迹

在此步骤中,会将步骤2完成的.dat档案汇入OpticStudio，在整体模型中作为光源来传播光线。

导入流程包含将光源信息的 .dat 文件放在 OpticStudio光源指定文件夹中，以及在非序列元件编辑器中创立Source File物件并代入.dat档案。步骤2中有红、绿、蓝色三个像素的射线集，因此在此需要创建3个Source File物件作为三种光源。

OpticStudio可以快速完成OLED阵列化。方法为在Source File物件的属性中，导航到源选项卡并选择矩形阵列类型，此案例中设定了 30 x 1 的阵列。每个光源Source File物件必须单独完成阵列化设定。

在非序列元件编辑器中，将每个光源的随机化参数设置为 1，并将每个源的分析光线数设置为 50,000，使用光线分裂运行光线追迹。

运行光线追迹后，查看检测器会显示人眼看到的照度。在这种情况下，三种不同的光源混合在一起形成白光。此外，在整个设备的着色模型中，可以添加布局光线以从源文件中查看较少数量的光线。

模型参考文献：Seung Hwan Ko, "Organic Light Emitting Diode - Material, Process and Devices", (2011), DOI: 10.5772/19292. see chapter 10, "Micro-cavity in organic light-emitting diode" by Young-Gu Ju.

Ansys Zemax | 如何建模离轴抛物面镜

离轴抛物面反射镜是光学工业中一种重要的设计类型。本文演示了如何根据制造商给出的规格设计一个离轴抛物面反射镜，并演示如何使用主光线求解将像面中心与主光线路径对齐。简介离轴抛物面反射镜的优点是光束通过反射到达像面途中将不会受到遮挡。使用OpticStudio可以很简单地建模一个表面的任何离轴部分，不管其是否为抛物面。本教程将向您展示如何建模一个离轴抛物面反射镜。这里所示的概念适用于任何偏心表面，并不局限于离轴抛物面反射镜。离轴抛物面镜设计参数我们将制作一个商用的离轴抛物面反射镜。这个设计练习的目标是能够使反射镜在光轴（Z轴）上的任意一点绕X轴倾斜。反射镜的规格如下：离轴距离150mm焦距1000mm元件物理直径203mm反射镜背面的基底垂直于光轴。如果您不熟悉任何在本教程中使用的步骤，请先参考“如何使序列光学元件倾斜和偏心”文章后，再尝试本文内的详细步骤。输入基础几何结构设计开始时，我们将首先定义系统设置。在系统资源管理器中进行以下调整：设置系统孔径(Aperture)...孔径类型(ApertureType)：入瞳直径(EntrancePupilDiameter)和孔径值(ApertureValue)：100设置单位(Units)...镜头单位(LensUnits)：毫米(Millimeters)设置波长(Wavelengths)...波长1(Wavelength1):0.550um接下来我们可以开始定义系统的几何结构。在镜头数据编辑器中的光阑面后添加一个表面，然后在表面1-3上输入以下参数。请注意，像面上有一个用户定义的30mm的半直径，如求解栏中所显示。标准面的矢高值或Z坐标定义为：其中c是曲率（曲率半径的倒数），r是镜头单位下的径向坐标，k是圆锥系数。定义中，双曲线的圆锥系数小于-1，抛物线的圆锥系数等于-1，椭圆的圆锥系数在-1和0之间，球面的圆锥系数为0，扁椭球的圆锥系数大于0。要使镜面呈抛物线形式，输入圆锥系数为-1。因为镜面的焦距是曲率半径的一半，所以输入曲率半径为-2000mm。曲率半径的符号是负的，因为曲率中心在镜子的左边（沿-Z轴方向）。另外，因为表面1和像面在同一位置，所以我们将选择不在视图中绘制表面1，以便我们只能看到该位置的像面。在表面属性中设置以下属性：要使反射基底平坦且与光轴正交，请在表面属性对话框中选择以下选项。因为制造商没有在他们的网站上指定基底的厚度，我们将设置厚度(Thickness)：40mm。使用以下设置打开3D布局图。增加离轴距离在表面2的表面属性的倾斜/偏心选项中，设置Y偏心：-150mm。根据制造商的规格，离轴距离是150mm，镜子的物理直径是203mm。在表面属性(SurfaceProperties)菜单的孔径(Aperture)选项中指定正确的孔径大小和位置。打开3D布局图。注意光线的趋势是远离坐标系的。为了使像面居中并使其与主光线正交，需在像面前插入一个坐标间断面，并将主光线求解放置在Y偏心和X倾斜的参数上。OpticStudio会自动计算使主光线在正入射情况下击中该表面中心所需的偏心和倾斜数值。刷新3D布局图。结果完美！