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ANSYS BLOG

May 25, 2023

光子產業的轉型

光子產業在其核心應用領域正快速增長,同時也面臨許多品質和數量的生產壓力。現在,我們將深入探討推動光子領域轉型的多種技術因子。

元件微型化

不論是因為重量或尺寸的限制,在光學領域中都需要更小型的系統設計。儘管成本始終是一項考慮因素,工程師也正仔細在昂貴、複雜的技術與縮小尺寸的諸多好處中權衡。

 

其中一個很好的例子就是「平板透鏡」的出現。透過定制光在透鏡表面或內部特殊設計微結構中的傳播方式,複雜的幾何形狀和曲率不再是實現高品質效能的核心要素。雖然平板透鏡並不是完全平坦的(正如其名稱所呈現),但它們提供了更多量身定制高效能光學系統的機會,同時減小尺寸和重量。最新的設計證明了平板透鏡在單一波長下的表現相當不錯,但在跨越多個波長範圍時,它們仍不如傳統透鏡那麼有效。然而,光子產業一如既往地持續創新!

Silicon wafer

工程師在光學領域不斷努力微型化,而隨著工程師越深入理解如何處理和製造小尺寸元件,將有更多的微型元件成為光學產品設計的主流。考慮到企業已經在製造半導體晶片方面使用光刻技術,我們將會看到小尺寸元件製造技術逐漸轉化為小型光學元件的製造。一如許多公司已經在晶片上進行光學元件的製造。

擴大規模的渴望

光學在許多新興技術中扮演著核心角色。以汽車中的光學雷達系統為例,為了讓數百萬套系統上路,汽車不能再搭載龐大昂貴、機械部件容易故障的車頂旋轉裝置。光學雷達必須被整合到車輛中,而積體光子技術將使這種規模化的整合變得更加容易實現。像 LumotiveScantinel 等公司已經在進行這方面的工作。

Smart car machine learning

積體光子技術或前面提到的平板透鏡也可以幫助手機和其他消費電子設備克服限制。手機螢幕的厚度和尺寸與光學和光機械學(optomechanics)息息相關,但透鏡和透鏡支架增加了體積。未來的設計可能會採用注塑成型的塑料透鏡,具有定制的機械安裝邊緣,在裝配過程中可以輕鬆地卡入位。這種設計特點可以消除對龐大的光機械支架和固定器的需求。透過將一些傳統透鏡替換為平板透鏡,這些設計是否可以在更小的外形因素中實現消費者所需的高影像品質呢?

利用硬體和軟體進行效能最佳化

工程師們正在使用先進的軟體來微調他們的硬體系統效能。例如,Google Pixel 6 相機結合了硬體、軟體和機器學習,提供了高品質的捕捉和編輯工具,如 Google 相冊中的 Magic Eraser。

在優秀、更好和最佳之間的緊張關係中可以看出軟體和硬體的設計取捨。舉例來說,選擇一個優秀的硬體系統,使用現成的零組件,並專注於最佳水平的軟體系統,可以節省硬體成本,同時仍然達到所期望的結果。然而,更高的運算成本會轉化為更高的電力需求。工程師需要能夠衡量他們決策的結果。

Patterned silicon wafers

在像汽車和醫療保健這些有更多監管和較高錯誤成本的產業中,進行這些取捨是更困難的。在這些應用中,像是AI輔助電腦視覺尚未先進到能獲得可信賴結果,因此會更注重透過自動化的工作流程工具,使傳統的、已記錄的設計過程變得更快、更簡便和更具成本效益。

以服務轉型為目的的工作流程變革

為了跟上產業轉型,公司需要改變他們的工作方式。典型的工作流程包括設計、分析、多個公差研究、機械設計、與製造的溝通、製造準備和生產。工程師在設計和模擬中使用多個工具時,往往花費很多時間–甚至可能大部分的時間–來找出如何在工具間準確地傳遞數據。我們如何使數據模型更加統一,以預防如此效率低下的情況?一個答案是改進工作流程,另一個答案是制定合理的標準。

但工程師們如何確保他們設計的產品在現實世界的表現與模擬設計一樣出色?這仍然是核心問題。對於模擬供應商來說,這個問題可以轉化為:我們如何確保工程師對他們的設計感到有信心?信心激發了有意義的創新和創造力,我們需要這一點。

對於現代產品的設計,模擬工具必須使工程師能夠以一種全面且高效的方式進行多物理建模。工程師需要的工具要能在開放的開發生態系統中協同工作,要支援客製化和自動化。Ansys 了解這些具有挑戰性的需求,並藉由多樣的產品組合來應對,這些產品可以透過內置的腳本和分析自動化工具連接,幫助工程師走過從設計到製造的整個過程。透過數位模型模擬效能有助於工程師在花費製造時間和成本前發現問題。

Self driving autopilot car technologies

定義和支持標準

在某些應用領域,光學產業已經成熟到可以制定標準使規模擴大,但隨著快速創新,公司擔心失去競爭優勢是可以理解的。建立光學產品開發生態系將需要產業間的合作,這是無法迴避的。為了實現這一目標,作為一家模擬供應商,Ansys 正在努力讓公司更容易採納一致的最佳設計實踐。

隨著光子產業的持續增長,我們呼籲工程模擬技術專家採取鳥瞰的角度。在促進和支持專有技術的同時,模擬供應商如何鼓勵協作和創新?

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