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。
O* )BJOPa 238z'I+$G/
5d}bl{ i98PlAq)B 系统内光栅建模 y5Fgf3P@ju 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。
H>"P]Y)oX 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。
q!q=axfMD 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。
AboRuHQ E~8J<gE
:K(+ KN( faZc18M^1 附着光栅堆栈 Ie8SPNY-H |>-0q~ 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)。
db3.X~Cn#s 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。
GB>T3l" 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。
$cLZ,N24 所应用的光栅
结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。
J`wx72/-ZW "c![s%
6c}nP[6| 9'KOc5@l^ 堆栈的方向 zCu+Oi6 SV^[)p) 堆栈的方向可以用两种方式指定:
%*Yb
J_j7 0_t9;;y : 它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。
1W9uWkk_d I#W J";kqB 请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。
:;Npk9P(N (&/~q:a>
gpCWXz')i `|:` yl 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 q-e3;$ cQ0+kX< 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。
K=dG-+B~} 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。
7}tXF 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。
ZZ>(o
d!B 1NK,:m
@j%7tfW R5<:3tk=X 高级选项和信息 `>0(N.'T 在求解器菜单中有几个高级选项可用。
;|oem\dKv 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。
yQC8 Gt8 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。
}w)wW1& 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。
S^~
lQ|D XZ/cREz^s
6h\; U5 ;Udx|1o 结构分解 ZrWA,~; MnptC 1N 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。
a%wa3N=v 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。
j 2e| 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。
MhN8'y( 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。
Q?dzro4C P_M!h~
` )~CT ]yas]5H
光栅级次通道选择 :n oZ
p:a Wk]E6yz6 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。
dewN\ 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。
[ _&z+ 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)。
;.~D! W1O Y}2kj
|PLWF[+t8 ,*;g+[Bhpl 光栅的角度响应 WhDNt+uk) 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。
N\x<'P4q 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。
{CGk9g"` 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。
CrX1qyR 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。
q}J Eesf SdJkno
.+-7 'ux .H5^ N\V| 例:谐振波导光栅的角响应
A*? Qm "D
ivsq^
e{*z4q1 m>'#664q1 谐振波导光栅的角响应 E1|:t$>Ld
)'`@rq!
4pFoSs?\