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体全息光栅的建模
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infotek
2023-04-19 08:45
体全息光栅的建模
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本教程说明了如何在VirtualLab软件中实现体全息光栅的建模。
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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。
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利用傅里叶模态法进行仿真。
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1. VirtualLab中的体光栅
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VirtualLab的光栅工具箱提供了两种生成体光栅的方法。
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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)。
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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。
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该教程的重点
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2. 建模目标
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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。
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对波长与入射角度与反射率之间的关系进行了分析。
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3. 体光栅的建模
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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。
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堆叠是一系列的表面和均匀或非均匀的介质。
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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。
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4. 体光栅设置
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建立一个新的光路图:Start ribbon –>Grating (Toolbox) –>Volume Grating Light Path Diagram;
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双击”体光栅”组件。
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5. 全息/体光栅的设置
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选择结构/函数界面。
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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。
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因此基底块的厚度应设置为0。基板的介质是无关的。
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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。
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在“堆叠编辑器(Stack Editor)”中,可以定义并查看光栅堆叠情况。
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VirtualLab自动插入两个中间含有体光栅介质的平面。
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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。
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设置界面间距70um。
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此界面间距为全息层厚度。
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首先,通过点击加载(Load)按钮以选择全息材料。
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在打开材料库后,在杂项的子栏中选择熔融石英。
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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。
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此后,可以设置折射率变化参数。
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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。
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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)。
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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
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此外,将考虑平面波在空气和熔融石英分界面的折射。
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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。
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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) 。
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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。
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对于物波同样输入波长640nm。
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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。
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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,
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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。
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通过设置选项测试周期 x方向,可以限制差拍周期尺寸。
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输入值与对最大周期相对应。
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考虑测试周期,通过微量修正干涉图样以避免大差拍周期。
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