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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 .j:.?v iDt^4=` 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。 TU&6\]yF_ 5JW+&XA [attachment=121062] Zx,R6@l ;j])h!8X 系统内光栅建模 4 d4le 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 ^wPKqu)^ 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。 @P#uH5U 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 ^29w@* Zq=t&$* [attachment=121063] OLJb8kO MzT#1~ 附着光栅堆栈 ,cPNZ-% "'h?O*V]u{ 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)。 Ni*f1[sI< 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。 2ME"=!&5 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 )k01K,%#) 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)。 |!{Q4< :VP4|H#SP [attachment=121064] Yr5A,-s 9 P_`IsVK 堆栈的方向 c|3%0=,` ot]eaad 堆栈的方向可以用两种方式指定: ]2(vO0~ rGuhYYvK 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)。 p8K4^H @'L/] 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。 ?(Q" y\ x?Z)q4 [attachment=121065] zIt-mU F,Y,0f@4U9 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 Qw4P{>|Y fiOc;d8 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 6eE%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。 $r|R`n = 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 X).UvPZ/ i)f3\?,, [attachment=121066] mbxJS_P r \H+=2E' 高级选项和信息 qKt8sxg 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 I Gv_s+O-* 求解器选项卡允许编辑所使用FMM(“傅里叶模态法”,也被称为RCWA,“严格耦合波分析”)算法的精度设置。 .+>w0FG. 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 tagkklJ~ 如果考虑金属光栅,这可能是有用的。相反,对于介质光栅,默认设置就足够了。 H`q" _p: i3t=4[~oL [attachment=121067] 8^M5k%P O-Hu:KuIf 结构分解 {9U<! #\N?ka}! 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 gP8Fe =] 层分解和转换点分解设置可以用来调整结构的离散化。默认设置适用于几乎所有光栅结构。 kv&%$cA 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 HmKvu"3 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。 :J]S+tQ) J9S9rir& [attachment=121068] QEL^0c8 ~ ! utgo/n 光栅级次通道选择
c+?L?s`" `GOxFDB. 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。 zy`4]w$Lj+ 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。 kRs[H xI3 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)。 +*'
iY"I:1l. [attachment=121069] "
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0ER 7vUfA" 光栅的角度响应 +#8?y
5~q 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 b\NWDH7} 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 *bRer[7y 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。 ^-{ 1]G: 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。 J7$1+|" lnL&v'{ [attachment=121070] a
OR} ;wND?: 例:谐振波导光栅的角响应 xn)FE4 G~_5E]8 [attachment=121071] @_^QBw0 ~-x8@ / 谐振波导光栅的角响应 zMs]9o 1<A+.W [attachment=121072]
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