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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 G:Nwi=vN 7lG,.W| 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。 @Pf['BF" j +Ro? [attachment=121062] dSbz$Fc t AnQUdU 系统内光栅建模 l/56;f\IA 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 jgT *=/GH2 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。 p?x]|`M 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 k<%y+v y1 Y [attachment=121063] aY\(R02B X9#i!_* 附着光栅堆栈 S,RC;D7 }*vO&J@z 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)。 !$fF3^8- 元件的大小仅用于在3D光线追迹视图中显示;仿真中不考虑孔径效应。 q=+wQ[a< 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 b
R9iqRbn 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 &H?VlxIx b%e7rY2 [attachment=121064] 8%^W<.Y Lg+cHaA 堆栈的方向 qino:_g iG=XRctgj) 堆栈的方向可以用两种方式指定: ]?~[!&h zO3}c3D~q 它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 v\Zq=,+ wQ\bGBks 请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 u7bji>j \n0MqXs# [attachment=121065] UsdUMt!u TU?$yNE 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 qj,^"rp1: poXT)2^) 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 )4
'yI* 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。 5>~q4t)6z} 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 ~lH2#u>g _ Zzne [attachment=121066] .<-~k@ P Lq{/r+tt/ 高级选项和信息 dt(Lp_&v 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 wyv%c/WlS 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。 l# |M.V6G 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 | @p 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。 Px?0)^"2 B-tLRLWn [attachment=121067] [};?;YN #,rP1#? 结构分解 u1/q8'RW +!"7=?} 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 (t"rzH 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。 WmZ,c_ 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 Y,d|b V*FH 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。 o.>Yj)U Fzn#>`qG [attachment=121068] KZwzQ" Hl 'jBtBFzP- 光栅级次通道选择 .jRv8x b ' g Fewo 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。 RJLhR_t7n 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。 aN~x3G 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)。 a`S3v ;Yn_*M/* [attachment=121069] [N1[khY` `}*jjnr" 光栅的角度响应 mJS-x-@ 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 fh@/fd 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 l u V_ 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。 $lf\1)B~* 为了解决角度相关的衍射行为,可能需要指定k域(角空间)的采样点。请参阅下面的示例以进一步说明。 d$v{oC} ;V)94YT [attachment=121070] 6>-Gi S{qn^\0 例:谐振波导光栅的角响应 f9J]-#I if *uMtl' [attachment=121071] lK #~lC 2T}FX4' 谐振波导光栅的角响应 szD
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`;#I_R_K [attachment=121072]
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