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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 2Rp'ju~O)/  
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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。 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@  
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[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;sdrA  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 $o"PQ!z  
 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 %rQ5 <U  
1 D fB9n  
[attachment=121064] fWR]L47n  
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堆栈的方向 dJ#. m  
ua['rOnU  
堆栈的方向可以用两种方式指定: 6NCa=9  
_[SP*" ]H  
它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 1GY[1M1^  
Musz+<]  
请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 yiUJ!m  
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[attachment=121065] gz[Ng> D+  
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基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 !}()mrIlP  
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 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 _c|>m4+X  
 然而,任何实际的光栅结构必须建立在基底上,因此,我们使用一个平面元件和中间的自由空间延伸对其进行建模。 XbJ=lH  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 q4$R?q:^  
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[attachment=121066] i&^?p|eKa  
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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;  
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[attachment=121067] V9"Kro  
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结构分解 -9{}rE  
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 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。 CS cM;U=  
5.xvOi|.  
[attachment=121068] C%v@ u$N  
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光栅级次通道选择 1uv"5`%s  
0i$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  
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[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。 Z8k O*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=;Nvog  
 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@  
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[attachment=121070] Px=/fO G  
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例:谐振波导光栅的角响应 QE!cf@~n"  
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[attachment=121071] b_Ba0h=  
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谐振波导光栅的角响应 7G%`ziZ  
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[attachment=121072]
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