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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。 nsVLgTbx b.?;I7r
Rmn{Vui9\ #OjyUQ, 系统内光栅建模 `T1bY9O. 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 $YY{|8@kjv 这使得在一个复杂的系统中对光栅进行建模,并因此评估整个系统的性能成为可能,同时考虑光栅的可能影响。 q I~*G3 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 BB69U m0h,!
A:Gd F-;[ :WQlpLn 附着光栅堆栈 Piwox1T; L1g0Dd\Ox 为了描述系统内的光栅,光栅堆栈总是附着在一个虚拟参考面上(仅平面)。 Ac|dmu 元件的大小仅用于在3D光线追迹视图中显示;仿真中不考虑孔径效应。 p-EU"O 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 6~W@$SP,F 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)。 !plu;w I''n1v?N
q^zG+FN fXl2i]L(^B 堆栈的方向 +'olC^?5 } M1#CB 堆栈的方向可以用两种方式指定: UyV5A O
j:I @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)。 55$';gh,9 d-tg^Ot#
请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 oCI\yp@a (F.w?f4B3
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Tr q%$p56\?3 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 Pz:,de~5Qm lfC]!=2%~8 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 * O?Yp%5NH 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。 \>lA2^Ef 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 wJq$yqos{ GQA\JYw|oY
G?XA",AC ;A7JX:*?y= 高级选项和信息 t[X^4bZd 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 ty[p5%L1 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。 a`f@&A`z 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 <)(W7#Ks 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。 &<uLr
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l,l6j";ohd to&,d`k=- 结构分解 !-3;Qj}V 6G"UXNa, 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 $HQ4 o\~ 层分解和转换点分解设置可以用来调整结构的离散化。默认设置适用于几乎所有光栅结构。 JJbd h \ 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 wi
jO2F 分解预览按钮提供了用于FMM计算的结构数据的描述。折射率用色标表示。 F4z#u2~TC ;l @lA)i
,3f>-mP
=QtFJ9\ 光栅级次通道选择 #(Gz?kGAH` j_<!y(W 可以定义具体的透射和反射级次,以供模拟中考虑。在表面被从背面照明的情况下,也可以有不同的级次。 zixG}' 并不总是需要考虑所有的衍射级,我们建议只使用那些感兴趣的,以确保更有效的模拟。 Lkx~>U
光栅级次通道的选择不影响FMM计算中的内部衍射级次(即精度)。 +> !nqp c$&({Z{1
@,k5T51m t? 6 et1~ 光栅的角度响应 /P TRe5-7 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 t ;h`nH[ 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 {9V.l.Q 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。 a4 N f\7 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。 HNBmq>XDc -wg}X-'z0
>|kD(}Axf ;e5PoLc 例:谐振波导光栅的角响应 @$%GszyQ' g([:"y?
{b4`\I@< 1@KiP`DA 谐振波导光栅的角响应 ^w~B]*A:" >Q=^X3to
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