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infotek 2022-11-01 08:43

用于一般光学系统的光栅元件

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。 v+i==vxg  
"u'dd3!  
lmIphOUoIw  
1]W8A.ZS  
系统内光栅建模 C,8@V`  
 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 S#0C^  
 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。 e +jp,>(v  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 Odm1;\=Eg+  
~(L&*/c  
]vuxeu[cu,  
z<s ~`  
附着光栅堆栈 P  V9q=  
KkJE-k*D+w  
 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)。 ; m:I  
 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。 ,!^g8zO  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 >J,IxRGi  
 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)。 3!Mb<W.3  
:4>LtfA  
CHdYY7\{  
     /GA-1cS_(  
堆栈的方向 "/x/]Qx2  
QvzE:]pyi  
堆栈的方向可以用两种方式指定: {\ VmNnw  
9S?b &]  
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)。 aw3rTT(  
m~@Lt~LZs  
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。 0a+U >S#  
F3nPQw{;  
W,%qL6qV  
     1 y7$"N8Xo  
基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 b:&= W>r  
'l1cuAP!+  
 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 <2\Q Y  
 然而,任何实际的光栅结构必须建立在基底上,因此,我们使用一个平面元件和中间的自由空间延伸对其进行建模。 `)H| &!wT  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 ?YM0VB,y  
UFE~6"t(  
8WwLKZ}  
5?TjuGc  
高级选项和信息 ?o(Y\YJf  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 <*opVy^  
 求解器选项卡允许编辑所使用FMM(“傅里叶模态法”,也被称为RCWA,“严格耦合波分析”)算法的精度设置。 7D4I>N'T  
 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 Zk # C!]=  
 如果考虑金属光栅,这可能是有用的。相反,对于介质光栅,默认设置就足够了。 (k %0|%eR  
0[s<!k9=  
7v(<<>  
w'Jo).OW~  
结构分解 8 =3$U+  
Wp=:|J   
 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 Byns6k  
 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。 .:;#[Z{-  
 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 p|=0EWo4U  
 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。 h='@Q_1Sb  
KkZo|\V  
q%FXox~b  
cs)z!  
光栅级次通道选择 Va\?"dH>M  
YfH+kDT  
 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。 3q1u9`4;  
 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。 D?cE$P  
 光栅级次通道的选择不影响FMM计算中的内部衍射级次(即精度)。 r)Iq47Uiw  
4Bq4d.0  
jF%l\$)/  
+|Qe/8Q  
光栅的角度响应 =A^VzIj(  
 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 tP/R9Ezp  
 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 FuO'%3;c  
 不同波长/偏振态下的衍射效率不同,不同入射角度下的衍射效率也不同。 @33-UP9o  
 为了解决角度相关的衍射行为,可能需要指定k域(角空间)的采样点。请参阅下面的示例以进一步说明。 PciiDh~/  
C9 cQ} j:  
<k2]GI-}h  
e@L7p,  
例:谐振波导光栅的角响应 AlT04H   
!CuLXuM  
J+8T Ie  
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谐振波导光栅的角响应 iLG~_Ob:  
qn@:A2e d  
.cm$*>LW:x  
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