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infotek 2022-11-01 08:43

用于一般光学系统的光栅元件

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。 6<%W 8m\  
}iu(-{Z  
Z{#;my*X|  
3B+ F'k&#  
系统内光栅建模 =5 zx]N1r  
 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 PNn- @=%  
 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。 Q|3SYJf  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 ~C;1}P%9x  
c <T'_93  
LEM^8G]O  
\Gzo^w  
附着光栅堆栈 'J0Erk8(  
xQKD1#y  
 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)。 ab5uZ0@  
 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。 pN]$|#%q(  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 slV7,4S&!  
 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 {1jywb }  
q^.\8zFf  
KR4vcI[4  
     9F*],#ng  
堆栈的方向 8N58w)%7`  
:zL.dJwa  
堆栈的方向可以用两种方式指定: s</llJ$  
Nvef+L,v  
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)。 l}Fa-9_'  
Ob|[/NN  
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。 #h#Bcv0 Z  
+.p$Yi`  
_tGR:E  
     HJ\CGYmyz  
基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 wn$:L9"YN  
o}iqLe\  
 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 ilyQ gEjC  
 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。 /_,} o7@t~  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 kOe~0xoT@u  
)kE(%q:*P$  
v{H3DgyG  
4cO||OsMU  
高级选项和信息 rCmxv7" a}  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 4't@i1Ll(  
 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。 Nr#Y]9nA  
 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 x_&m$Fh  
 如果考虑金属光栅,这可能是有用的。相反,对于介质光栅,默认设置就足够了。 qwb`8o  
YS_9M Pi  
aoZ`C3  
 xYMNyj~  
结构分解 L-ZJ[#D  
zn4Yo  
 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 C+WHg-l  
 层分解和转换点分解设置可以用来调整结构的离散化。默认设置适用于几乎所有光栅结构。 D4"](RXH  
 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 ;,z^!bD  
 分解预览按钮提供了用于FMM计算的结构数据的描述。折射率用色标表示。 F7(~v2|  
}}GBCXAf_  
S*H :/Ip  
d E@R7yU@  
光栅级次通道选择 dwc$?Bg,5  
$Xlyc.8YId  
 可以定义具体的透射和反射级次,以供模拟中考虑。在表面被从背面照明的情况下,也可以有不同的级次。 Cf_Ik  
 并不总是需要考虑所有的衍射级,我们建议只使用那些感兴趣的,以确保更有效的模拟。 t;DZ^Z"{  
 光栅级次通道的选择不影响FMM计算中的内部衍射级次(即精度)。 h>Z$ n`T  
mne^P SI:  
lA4Bq  
4*UoTE-g$  
光栅的角度响应 Qa,^;hZWS  
 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 7p?6j)rj  
 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 OpwZTy}1}  
 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。 J! 4l-.-  
 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。 ,EgIH%* g  
i\S } aCm  
's{-1aW  
mu1oD;lQ  
例:谐振波导光栅的角响应 6,'!z ?d%  
? OBe!NDf  
b; SFnZa8  
 ?4 `K8  
谐振波导光栅的角响应 ~6'6v 8  
F}Bc +i#]  
XM/P2=;  
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