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infotek 2023-10-12 08:21

用于一般光学系统的光栅元件

摘要 ^q N1~v=hS  
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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。 Z"%O&O  
uSQ>oi]  
[attachment=121062] \F+o=  
5bznM[%xO  
系统内光栅建模 ]{6yS9_tuI  
 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 qL;T&h  
 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。 }v$=mLy  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 VU0tyj$  
zQj%ds:  
[attachment=121063] at(p,+ %  
c'Tu,-  
附着光栅堆栈 zf;[nz  
<pl2 dxy  
 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)。 w3bH|VnU8;  
 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。 <%#y^_  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 |e[0Qo@  
 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)。 3(GrDO9^  
.s*EV!SE  
[attachment=121064] [QqNsco)  
7 KdM>1!  
堆栈的方向 [dF=1E>W_J  
6p6Tse]  
堆栈的方向可以用两种方式指定: z&vms   
*u4X<oBS*  
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)。 n]fbV/ x  
?*mbce[  
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。 KJJb^6P48W  
@[kM1:G-F{  
[attachment=121065] lgqL)^8A  
[ EID27P  
基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 +e4<z%1  
j.N\U#3KK  
 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 3XlnI:w =  
 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。 yz$1qEII`q  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 U9[A(  
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[attachment=121066] 'U{: zBh  
0#{]!>R  
高级选项和信息 N3c)ce7[  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 qVe6RpS  
 求解器选项卡允许编辑所使用FMM(“傅里叶模态法”,也被称为RCWA,“严格耦合波分析”)算法的精度设置。 yxUVM`.~  
 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 fQ_8{=<-&X  
 如果考虑金属光栅,这可能是有用的。相反,对于介质光栅,默认设置就足够了。 kDP^[V P+  
+siNU#!  
[attachment=121067] UVmyOC[Y{  
|b~g^4  
结构分解 'L59\y8H  
?[/,*Q%  
 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 d4h(F,K7V  
 层分解和转换点分解设置可以用来调整结构的离散化。默认设置适用于几乎所有光栅结构。 V+~{a:8[pq  
 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 e.ym7L]$O  
 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。 (ai-n,y  
]sP9!hup  
[attachment=121068] oqHm:u ^2  
LF.~rmPa  
光栅级次通道选择 RW[<e   
+Qb/:xQu  
 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。 %vYlu%c<  
 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。 7.rZ%1N  
 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)。 Y'*h_K  
rWpfAE)!  
[attachment=121069] FH(+7Lz4;  
c O>:n  
光栅的角度响应 D c.WvUM  
 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 `3P62M<  
 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 #|h8u`  
 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。 u N0fWj]  
 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。 t U= b~  
L\CM);y  
[attachment=121070] Dx*oSP.qX  
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例:谐振波导光栅的角响应 -+@~*$ d  
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[attachment=121071] Z@O e}\.$  
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谐振波导光栅的角响应 .T w F] v  
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[attachment=121072]
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