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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 ]5Dh<QY&. P;mp)1C 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。 Ip:54 |"I)1[7 [attachment=121062] ,wXmJ)/WZ 7nFOVZ 系统内光栅建模 &I[` .:NJ 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 9 <{C9 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。 :tI
F*pC 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 .T3 m%n ??U/Qi180 [attachment=121063] ai-rF^ehC p:z~>ca 附着光栅堆栈 XmwAYf k)|.< 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)。 \C h01LR" 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。 |ns?c0rM 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 !!H"B('m 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)。 TlRc8r| 7.6L1srV [attachment=121064] q!?*M?Oz b*M?\ aA 堆栈的方向 Dfa3#{ >m.. 堆栈的方向可以用两种方式指定: $2?j2}M 8/BMFRJ 它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 v{fcQb . R/y`:1:W 请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 -!:5jfT" ne/JC( [attachment=121065] %S}uCqcAK dK4rrO 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 ~IS8DW$; DQm%=ON7 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 <.B+&3') 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。 W>)0=8#\ 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 fzQR0 I4{xQI [attachment=121066] uMS+,dXy h0@a"DqK 高级选项和信息 !NkCki"W 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 %dFJ'[jDL 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。 |#kY_d)10 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 "8{A4N1B5 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。 *_o(~5w-K EZ]4cd/i [attachment=121067] 4^F%bXJ) %gh#gH 结构分解 ^hmV?a:Y r(46jV.sD: 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 @we1#Vz. 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。 ,0. kg 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 f7lj,GAZ 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。 _>Raw ExS5RV@v' [attachment=121068] !S#3mT- N8{jvat 光栅级次通道选择 -}|L<~ uK2HtRY1 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。 1 _?8 OU 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。 EIg~^xK 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)。 5mD8$%\8 L(VFzPkY% [attachment=121069] ^H3N1eC,`F ` 3qf}=Z` 光栅的角度响应 alaL/p{O 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 ;7QXs39S 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 G`Nw]_
Z_ 不同波长/偏振态下的衍射效率不同,不同入射角度下的衍射效率也不同。 /I=|;FGq 为了解决角度相关的衍射行为,可能需要指定k域(角空间)的采样点。请参阅下面的示例以进一步说明。 Zj2 si *9^8NY] [attachment=121070] P 0,]`w o@e/P;E 例:谐振波导光栅的角响应 E1eGZ&&Gd AafS6]y [attachment=121071] )8@- olE(#}7V 谐振波导光栅的角响应 d Fy$ w= 4,I,f>V [attachment=121072]
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