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。
v6?\65w,| 8$U ZL
tq[",&K lO> 7`2x=F 系统内光栅建模 -Y?(Zz_w 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。
T1HiHvJ 这使得在一个复杂的系统中对光栅进行建模,并因此评估整个系统的性能成为可能,同时考虑光栅的可能影响。
y%bqeo
L~ 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。
+A ?+G ,7jiHF
J 7;n;Mx /%9p9$kFot 附着光栅堆栈 FR^wDm$ |~LjH |*M 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)。
1r&
?J.z25 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。
"Vp:z V<S 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。
}|"*"kxi! 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)。
S aet";pf` G>S1Ld'MV
8sF0]J[g{ b%f2"e0g 堆栈的方向 Pq\V($gN 4*XP;` 堆栈的方向可以用两种方式指定:
a 8hv .43 'Oy5G7^R 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)。
3KFrVhB= k;AiG8jb 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。
eKpxskbhZ t>GLZzO
>\x_"oR >wk=`&+V@ 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 < Gy!i/ 2]RH)W86; 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。
5YG@[ic 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。
VueQP| 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。
$CwTNm? pkV\D
qMdtJ(gq t2%@py*bU 高级选项和信息 _KhEwd 在求解器菜单中有几个高级选项可用。
i~Ob( YIH 求解器选项卡允许编辑所使用FMM(“傅里叶模态法”,也被称为RCWA,“严格耦合波分析”)算法的精度设置。
^_S-s\DW 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。
f+aS2k(e> 如果考虑金属光栅,这可能是有用的。相反,对于介质光栅,默认设置就足够了。
~v(M6dz~vk vQTQS[R=z
KYmWfM3^ C`~4q<W' 结构分解 2:HP5 A"<)(M+kG 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。
dYew7 层分解和转换点分解设置可以用来调整结构的离散化。默认设置适用于几乎所有光栅结构。
iMeRQYW 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。
nK%/tdq 分解预览按钮提供了用于FMM计算的结构数据的描述。折射率用色标表示。
];{l$-$$ Or#+E2%1E
i_'R"ob{S L1!hF3G 光栅级次通道选择 'UXj\vJ3E Q~Sv2 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。
Rw
ao5l=x 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。
N"
Jtg@w 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)。
wI]R+. s8yTK2v2\
Wh'_slDH+ q~'
K9 光栅的角度响应 #9hXZr/8 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。
gQpD]p%k 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。
uM#U! 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。
XAULD]Q 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。
ND55`KT4 o|^?IQ7bpf
&(uF&-PwO4 xlPcg7 例:谐振波导光栅的角响应
vrm{Ql& =y-!k)t
&b@!DAwAJ qvfAG 0p 谐振波导光栅的角响应 #SihedWi
{?>bblw/d
qJFgbq4-