光栅是
光学中最常用的衍射元件之一。如今,它们经常被用于复杂的
系统中,并与其他元件一起工作。在这种情况下,非常需要将光栅不仅仅是作为孤立的元件来
模拟,而是与系统的其余部分结合,以评估整个系统性能。VirtualLab Fusion提供了一个独特的光栅元件,允许在光路中轻松地包含各种不同形状的光栅,无论是一维周期光栅(层状),二维周期光栅,或体(布拉格)光栅。本用例介绍了该元件的功能,包括光栅级次的设置和堆栈的定位。
(2p<I)t NVq3h\[X
xPorlX)zW -DE?L,9X9 系统内光栅建模 PuGc{kt 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。
F4
:#okt 这使得在一个复杂的系统中对光栅进行建模,并因此评估整个系统的性能成为可能,同时考虑光栅的可能影响。
*MZa|Xy 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。
0iTh |K0 f,'9Bj.~
&u~#bDh ?Y\hC0a60 附着光栅堆栈 %<[U\TL` !ui:0_ 为了描述系统内的光栅,光栅堆栈总是附着在一个虚拟参考面上(仅平面)。
M5T4{^i 元件的大小仅用于在3D光线追迹视图中显示;
仿真中不考虑孔径效应。
'MY0v_ 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。
~mK|~x01@ 所应用的光栅
结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。
K%RjWX=H Vs@H>97,G
"=3bL>\< ud:5_* 堆栈的方向 6z ,nt z"j]m_mH 堆栈的方向可以用两种方式指定:
mPS27z( ;{f4E)t 7 它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。
XCUU(H xfADks2w 请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。
!pAb+6~T 0mi$_Ld+
n|AV7c PiZU_~A 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 UTR`jXCg +X|^
~)tMJ 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。
mVNHH! 然而,任何实际的光栅结构必须建立在基底上,因此,我们使用一个平面元件和中间的自由空间延伸对其进行建模。
XAw0Nn 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。
O6Mxp- kYnp$8
WI}cXXUKm0 .LA?2N 高级选项和信息 uwo\FI 在求解器菜单中有几个高级选项可用。
q3}WO]TBj 求解器选项卡允许编辑所使用FMM(“傅里叶模态法”,也被称为RCWA,“严格耦合波分析”)算法的精度设置。
8qWN~Gk1p{ 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。
^< wn 如果考虑金属光栅,这可能是有用的。相反,对于介质光栅,默认设置就足够了。
x#c%+ lXOT>$qR<
x_$`#m{hL5 b>x03% 结构分解 ()o[(Hx+ph gOLN7K-) 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。
!@4 i:,p@ 层分解和转换点分解设置可以用来调整结构的离散化。默认设置适用于几乎所有光栅结构。
Z+g9!@'a 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。
jN T+?2 分解预览按钮提供了用于FMM计算的结构数据的描述。折射率用色标表示。
<tto8Y
j l _g JC.
4c9a"v g#b9xTGJ^ 光栅级次通道选择 s|\\"3 X<mlaXwrA 可以定义具体的透射和反射级次,以供模拟中考虑。在表面被从背面
照明的情况下,也可以有不同的级次。
x".!&5 并不总是需要考虑所有的衍射级,我们建议只使用那些感兴趣的,以确保更有效的模拟。
gnN"6r1 光栅级次通道的选择不影响FMM计算中的内部衍射级次(即精度)。
xZ(ryE% )];Bo.QA
*~0U4kw+ 7^W(e s 光栅的角度响应 &(X 67 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。
Ge1b_?L_ 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。
K7c[bhi_w 不同波长/偏振态下的衍射效率不同,不同入射角度下的衍射效率也不同。
hI 1or4V 为了解决角度相关的衍射行为,可能需要指定k域(角空间)的采样点。请参阅下面的示例以进一步说明。
PWk\#dJN& oe<DP7e
PnZC
I!Mw W[<ZI>mf 例:谐振波导光栅的角响应
,#U[)}im _"[Ls?tRX
$Ts;o wDDNB1_E 谐振波导光栅的角响应 i "d&U7Q
$8WWN} OC
#\Zr$?t|V