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。
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iW<B1'dp /F @a@m| 系统内光栅建模 '^M3g-C[Jg 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。
$;+`sVG 这使得在一个复杂的系统中对光栅进行建模,并因此评估整个系统的性能成为可能,同时考虑光栅的可能影响。
-zLxT 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。
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uH!;4@uI <?iwi[S 附着光栅堆栈 y3C$%yv0 LaiUf_W #X 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)。
w-MnJ(r 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。
Ndx ]5 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。
Nb;Yti@Y. 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)。
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Ow]c,F}^ Z$5@r2d) 堆栈的方向 (@?PN+68| xlaBOK a% 堆栈的方向可以用两种方式指定:
D8Vb@5MW ;HaG-c</ 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)。
#fYz367> mYzq[p_|j 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。
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yN~: 3 XA:v:JFS 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 /z+}xRS eESJk14 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。
X"{s"Mc0G 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。
T=2 91)@ 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。
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q-}J0vu\K 8ESBui3; 高级选项和信息 @cF
aYI 在求解器菜单中有几个高级选项可用。
PTvP; 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。
>c7fg^@ 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。
=`rESb[ 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。
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/5_!Y>W }T+pd#> 结构分解 I=pTfkTT dYJW`Q;j.| 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。
@Tzh3,F2 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。
h^bbU. 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。
/cDla5eej 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。
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P{)eZINlE nQvv'%v0 光栅级次通道选择 c X553& F,`y_71< 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。
nlK"2/W 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。
/ '}O-h 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)。
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1NT@}j~/ .t0Q>:}&b 光栅的角度响应 jO$3>q 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。
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CM 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。
+B%ZB9 不同波长/偏振态下的衍射效率不同,不同入射角度下的衍射效率也不同。
&}%3yrU 为了解决角度相关的衍射行为,可能需要指定k域(角空间)的采样点。请参阅下面的示例以进一步说明。
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h4S,(*V$! Ry0n_J:7 例:谐振波导光栅的角响应
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*9((b;Ju 3ePG=^K^ 谐振波导光栅的角响应 2RidI&?c<
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