[技术]用于一般光学系统的光栅元件 [复制链接]

摘要 "UD)3_R  
_:Q^mV=;j  
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。 An(gHi;1$  
?z M  

图片:1-22092H0111CI.png

b?0WA.[{  
XdIno}pN  
系统内光栅建模 m8L %!6o  
 在一般光路中，光栅元件可以插入到系统的任何位置。 'p[6K'Uq5  
 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。 oIOeX1$V  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 
Kc r)W  
u*iqwm.  

图片:1-22092H01142612.png

IA1O]i S  
rA<J^dX=C  
附着光栅堆栈 ZHA&gdK@  
L ~Vw`C  
 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)。 >/.jB/q  
 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。 D.AiqO<z  
 参考面可以在三维系统视图中可视化，以帮助排列光栅。 a&[[@1OY  
 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)。 ~O./A-l  
$aXYtHI  

图片:1-22092H01203529.png

ocW`sE?EED  
bU}!bol  
堆栈的方向
-{eiV0<^  
rf$[8d  
堆栈的方向可以用两种方式指定： !Y^$rF-+  
.*EP$pc  
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)。 .q]K:}9!\  
/Jk.b/t.*S  
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。 Y=pRenV'  
Tig6<t+Q  

图片:1-22092H01224246.png

%u|Qh/?7  
)Knsy  
基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 /e*<-a  
YRl4?}r2  
 作为一种惯例，往往忽略基底的影响，例如衍射效率的计算。 9D%~~~ %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。 I$i1o#H  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 ;NJM3g0I  
4P24ySy9F  

图片:1-22092H012533S.png

9qZ|=r]y'  
MT&q~jx*  
高级选项和信息 gY=+G6;=<  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 N)z] F9Kg  
 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。 ~ YZi"u  
 既可以设置考虑的总级次数，也可以设置倏逝级次数。 GWShv\c}  
 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。 uqy~hY  
D3 E!jQ1  

图片:1-22092H01334Y1.png

|om3*]7  
  `Sj8<O}  
结构分解 z!j`Qoh?V9  
]zK} X!  
 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 L'h'm{i  
 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。 f.r-,%^6{  
 此外，还提供了有关层数和转换点数的信息。
3?/}  
 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。 #$fFp  
N=L urXv  

图片:1-22092H01409429.png

ae1fCw3k  
')FNudsC  
光栅级次通道选择 J5rR?[i{  
bm7$DKp#  
 可以定义具体的透射和反射级次，以供模拟中考虑。在表面被从背面照明的情况下，也可以有不同的级次。 QnOa?0HL/  
 并不总是需要考虑所有的衍射级，我们建议只使用那些感兴趣的，以确保更有效的模拟。 ]g
+(#x_.?  
 光栅级次通道的选择不影响FMM计算中的内部衍射级次(即精度)。 ,|c_l)  
sQH.}W$C  

图片:1-22092H01433138.png

T@HozZ  
1X9sx&5H  
光栅的角度响应 uc"u@ _M  
 在VirtualLab Fusion中，光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 Ul@'z|  
 对于给定的光栅，其衍射行为与输入场有关。 "
Ii
!)n,  
 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。 <*5D0q#~"  
 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。 >) :d38M  
1!NaOfP;@  

图片:1-22092H015042R.png

t[ MRyi)LF  
q B2#EsZ  
例：谐振波导光栅的角响应 |O+binq  
%`\
{Nxk  

图片:1-22092H01540121.png

M*{e e0\`r  
~gDtj&F  
谐振波导光栅的角响应 wIiT
:o  
pV+;/y_
 

图片:1-22092H01609202.png