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2020-11-30 09:56 |
体全息光栅的建模
教程586(2.0) V@#*``M,3
[+;FV!M6 本教程说明了如何在VirtualLab软件中实现体全息光栅的建模。 (#j2P0B 第一部分描述了该光栅的设置,第二部分对波长进行分析,并对角度与偏振的关系进行了详细的研究。 <\1}@?NGC 利用傅里叶模态法进行仿真。 Ad]<e?oN= PPwxk; 1. VirtualLab中的体光栅 ><;l:RGK| VirtualLab的光栅工具箱提供了两种生成体光栅的方法。 cg(QjH" 1) 利用可编程介质,可利用解析法输入折射率分布(例如,在光传输方向,如z方向折射率进行正弦调制)。 "pSH!0Ap\ 2) 假设折射率分布是由两个或多个平面波叠加产生的干涉图样所给出。通过该方式产生的体光栅,被称为全息光栅,并以该技术命名。利用VirtualLab可以对这种曝光过程中的不同的设置进行仿真。 1u"R=D9p,= 该教程的重点 L4YVH2`0) O+G~Qp0b> 2. 建模目标 5,HCeN %~#!NX
N,j>;x3xT *[d~Nk%Y$ 反射全息(体)光栅采用熔融石英作为基底材料,折射率变化为∆n=0.01。 n!0${QVnS 对波长与入射角度与反射率之间的关系进行了分析。 hmK8jl<6 qDby!^ryc 3. 体光栅的建模 -`zG_]=- 光栅建模可通过在基底(基底块)的一边或者两边的堆叠完成。 $ZQlIJZ 堆叠是一系列的表面和均匀或非均匀的介质。 G$;>ueM 体光栅的全息层是通过两个平面和之间的体光栅介质构成。 ./ "mn3U l `fW{lh
tWpl`HH jd ["eI 4. 体光栅设置 =4frP*H? `fQM La`h$=#` 建立一个新的光路图:Start ribbon –>Grating (Toolbox) –>Volume Grating Light Path Diagram; uk`T+@K 双击”体光栅”组件。 YHs?QsP r_4TtP&UW 5. 全息/体光栅的设置 a`7%A H) ~?FK ; ( ;EK(b 选择结构/函数界面。 yB-.sGu 如果无需进一步考虑材料,则我们不需要实际的基板或第二个堆叠。 84iJ[Fq{ 因此基底块的厚度应设置为0。基板的介质是无关的。 [X;>*- 可以指定任意一个堆叠为全息层。此处我们选择默认选项,如第一个界面作为堆栈层。 点击Edit进入堆栈编辑界面。 EKcC+g ^Vag1(hdq |.1qy,|!X 在“堆叠编辑器(Stack Editor)”中,可以定义并查看光栅堆叠情况。 E9^(0\Z
I VirtualLab自动插入两个中间含有体光栅介质的平面。 e Wc_ N }C=Quy%Z< 当鼠标移至介质项时可显示编辑按钮,如图所示,通过编辑按钮可编辑全息层参数。 'eqiYY| fucUwf\_ 设置界面间距70um。 N g58/}zO 此界面间距为全息层厚度。 Kn']n91m 首先,通过点击加载(Load)按钮以选择全息材料。 <e'P%tG' 2*+3RrJ '4$lL6ly> 在打开材料库后,在杂项的子栏中选择熔融石英。 Gu2_dT 在右侧可以显示所选材料在一个宽光谱范围内的光学参数。 点击“OK”确认选项。 T'hml 5!<o-{J[(=
ir]Mn.(Y 此后,可以设置折射率变化参数。 F#6cF=};@ 通过至少两个平面波的干涉,嵌入的体光栅介质允许设置一个2维的全息体光栅。 uii7b7[w VirtualLab自动计算干涉图样结果并模拟曝光过程(更多的信息通过帮助按钮获取)。 [1NaH <lFdexH"T zEy&4Kl{+ 由于全息层应该完全嵌入熔融石英,选择定义方法:全息材料 ]22C)< 此外,将考虑平面波在空气和熔融石英分界面的折射。 EY]a6@; p:B
]Ft 现在指定两个相干波:参考波和物波。 通过点击附加(APPed)以添加干涉波。 $)Wb#B 在选项卡中选择相关的平面波, 点击编辑 (Edit) ,可修改平面波的属性。 选择第一个平面波(参考波),并点击编辑(Edit) 。 Z+0?yQ=% +i+tp8T+7 :ztyxJv1 对于参考波,指定波长 640nm 和 60°入射角(笛卡尔角,指定y轴为旋转轴)。 选项 Z轴正向表示参考波从光源处发出。
pL~=Z?(B 9GThyY 对于物波同样输入波长640nm。 5lO^;.cS, 相反,选择 0°的入射角并且不勾选 z 轴正向,这说明物波与参考波方向相反。 T:U4:"
=Ci13< KQ Rxx>{+f4M 一旦三个或更多相干光波发生高度干涉时,会出现更复杂的干涉图样。 这些图形可能是由具有特别大周期的不同差拍震动组成, )Lb72;!? 因为傅里叶模态法总是假设光栅周期是沿x 方向,因此大光栅周期在计算过程中会消耗大量的时间和内存。 .?f:Nb.O J2'K?|,m aRX 通过设置选项测试周期 x方向,可以限制差拍周期尺寸。 c -w0 输入值与对最大周期相对应。 prUHjS 考虑测试周期,通过微量修正干涉图样以避免大差拍周期。 i-,'.w 因此,平面波的入射角度 Alpha 变更为Alpha (Quant.) C,.-Q"juH 自动计算获取的Alpha (Quant.)值确保了干涉图样仅包含小于测试周期的周期值。 ms7SoYbSu 更具体地,通过引入测试周期,干涉波间的角度值可被限制(详见帮助/用户手册) < | |