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infotek 2023-10-12 08:21

用于一般光学系统的光栅元件

摘要 CqUK[#kW(  
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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。 x8 sSb:N  
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[attachment=121062] ;wfzlUBC  
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系统内光栅建模 1FS Jqad  
 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 Z~t OR{q  
 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。 ldo7}<s  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 Kc*h@#`~oL  
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[attachment=121063] }Lx?RU+@=  
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附着光栅堆栈 ~O~c^fLH(B  
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 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)。 cbl2D5s+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。 F7`3,SzHp  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 n^|n6(EZ  
 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)。 hbhh m  
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[attachment=121064] [0D( PV(n  
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堆栈的方向 I=wP"(2  
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堆栈的方向可以用两种方式指定: )eNR4nF  
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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)。 o Q= Q}  
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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。 ] 5lp.#EB  
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基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 mHo}, |  
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 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 @^:R1c![s  
 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。 <k'=_mC_  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 5 fjeBfy  
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高级选项和信息 QF(.fq8, U  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 $ +;`[b   
 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。 @gQ{*dN  
 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 {%xwoMVc+  
 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。 o&1ewE(O]  
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[attachment=121067] v`MCV29!}  
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结构分解 bE.,)GY  
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 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 v' 7,(.E  
 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。 m UpLD+-j  
 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。  2&O!<C j  
 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。 s_ -G`xT>{  
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[attachment=121068] W F<`CQg[  
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光栅级次通道选择 d0~F|j\#  
W[[3'JTF  
 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。 Z:W6@j-~  
 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。 '5.n2 8W>  
 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)。 G=!1P]M{  
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[attachment=121069] 6wx;grt'Z  
*z;4. OX  
光栅的角度响应 9l9 nT  
 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 Vm6G5QwM  
 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 .t''(0_kC  
 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。 NS @j`6/U  
 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。 oCdWf63D  
~YKe:K+&z  
[attachment=121070] Lt0JUUa0  
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例:谐振波导光栅的角响应 Bs(\e^}  
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[attachment=121071] 2Jl6Xc8  
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谐振波导光栅的角响应 L5! aLv#  
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[attachment=121072]
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