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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 2Rp'ju~O)/ $ZPiM 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。 Dl#%tYL+3h y/}>)o4Q [attachment=121062] Hkv4t5F -pRyN]YD 系统内光栅建模 62Ab4! 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 2Q,8@2w; 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。 |
ZI ~#V 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 cXJtNW@ Wh,{|R[ [attachment=121063] "5-S:+ Y.Er!(pz 附着光栅堆栈 ='7n U?6YY`A8 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)。 1{-W?n 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。 A;sd rA 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 $o"PQ!z 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 %rQ5 <U 1D fB9n [attachment=121064] fWR]L47n bT@7& 堆栈的方向 dJ#.
m ua['rOnU 堆栈的方向可以用两种方式指定: 6NCa=9 _[SP*"
]H 它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 1GY[1M1^ Musz+<] 请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 yiUJ!m xw5E!]~D [attachment=121065] gz[Ng> D+ U4_< 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 !}()mrIlP xa#:oKF3 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 _c|>m4+X 然而,任何实际的光栅结构必须建立在基底上,因此,我们使用一个平面元件和中间的自由空间延伸对其进行建模。 XbJ=lH 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 q4$R?q:^
]D7z&h [attachment=121066] i&^?p|eKa G{ rUqo 高级选项和信息 i4.s_@2Y 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 ??rx\*,C</ 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。 >R?EJ;h 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 x#e(&OjN7 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。 lC6#EU; VG'oy [attachment=121067] V9"Kro '?Q [.{< 结构分解 -9{}rE 5cP] 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 ~Gc+naE> 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。 g~%=[1 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 n(a7%Hx2 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。 CScM;U= 5.xvOi|. [attachment=121068] C%v@u$N )^)V yI`O 光栅级次通道选择 1uv"5`%s 0i$jtCCL( 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。 /'G'GQrr 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。 3l>P>[<o 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)。 +U^dllL7 L5cNCWpo [attachment=121069] &I?1(t~hT w"-bO ~5h 光栅的角度响应 ZzI^*Nyg 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 7 .+kcqX 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 Z8kO*LYv 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。 bqf=;N vog 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。 K;-:C9@ "
%|CD"@ [attachment=121070] Px=/fO G .gT@_.ZD9 例:谐振波导光栅的角响应 QE!cf@~n" HqOSQ<-Fo [attachment=121071] b_Ba0h= [O [N _z 谐振波导光栅的角响应 7G%`ziZ %dL|i2+*8 [attachment=121072]
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