摘要 (>GK \=:<
7Ka l"Ew
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#k6' LN?
~ZhraSI) G
d%,eZXg'
lBTmx(_}}r
系统内光栅建模 7MHKeLq
在一般光路中，光栅元件可以插入到系统的任何位置。 {( wHPzq
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。 "4H
+!r}
光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 j|%HIF25
!l 1 fIc
5nO% Ke=
M:3h e
附着光栅堆栈 xJZ>uTN
?yR&/ a
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)。 1ilBz9x*!
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。 3G~@H>j
参考面可以在三维系统视图中可视化，以帮助排列光栅。 u r@Z |5
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)。 w1"nffhO
yA(K=?sq
:^x?2%
~K.
~-m "
堆栈的方向 ^__Dd)(
ICkp$u^
堆栈的方向可以用两种方式指定： S9`flo
p)3U7"q
它既可以应用在表面的正面，也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 oDYRQozo>
BWuqo
请注意，如果堆栈位于正面，堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系，需要在定义高度轮廓时加以考虑。 ct,l^|0Hu8
j;3[KLmuK%
H&
Ca`B
ugx%_x6
基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 p >;_e(
yz*6W
z D
作为一种惯例，往往忽略基底的影响，例如衍射效率的计算。 Y=n4K<
然而，任何实际的光栅结构必须建立在基底上，因此，我们使用一个平面元件和中间的自由空间延伸对其进行建模。 /&{$ p M|?
平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 $3uKw!z
xz{IH,?IG
$Gv9m
J8)#PY[i4
高级选项和信息 09kt[
在求解器菜单中有几个高级选项可用。 F a_VKAq
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。 jR#~I@q^
既可以设置考虑的总级次数，也可以设置倏逝级次数。 Zg`Mz
_?
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。 IGFR4+
^: * 1d
\
(B-43!C
15o?{=b[
结构分解 Ox'/` Mppw
- !L"')
结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 2hQ>:
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。 nn9wdt@.]
此外，还提供了有关层数和转换点数的信息。 ADk8{L{UU
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。 r~n sN*t
FH%GIi
\$OF1i@
V-r3-b
光栅级次通道选择 }~h(w^t
-x4X O`b
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。 3lq Mucr
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。 P#/HTu5q7
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)。 -yg?V2
]B]*/
`TPOCxM Mo
fH ?ha
光栅的角度响应 [ $T(WGF
在VirtualLab Fusion中，光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 *(>} Y
对于给定的光栅，其衍射行为与输入场有关。 { F}; 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。 t
6^l `6:p
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。 {]]|5
\ F
U(;&(W"M
[kgdv6E
h"[+)q%L
例：谐振波导光栅的角响应 -tI'3oT1
;kJ A'|GX
5 `RiS]IO]
?cEskafb>
谐振波导光栅的角响应 ed_ FiQd
%F*|;o7 s
