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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 D|E,9|=v  
e? n8S  
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。 uEcK0>xp  
QsH?qI&2jp  
[attachment=121062] 5R/k8UZ  
/F7X"_(H  
系统内光栅建模 X UcM~U-  
 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 >q)VHV9P  
 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。 }@Ou]o  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 A<<Bm M.%  
[-'LJG Wb<  
[attachment=121063] T +~ _D  
+a!uS0fIJi  
附着光栅堆栈 c$52b4=a  
FG6mh,C!  
 为了描述系统内的光栅,光栅堆栈总是附着在一个虚拟参考面上(仅平面)。 `} :~,E  
 元件的大小仅用于在3D光线追迹视图中显示;仿真中不考虑孔径效应。 o1]ZeF  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 ~k780  
 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 MgUjB~)Y  
e.? ;mD  
[attachment=121064] M"|({+9eG  
Y<9]7R(\;  
堆栈的方向 i!dQ Sdf  
l F*x\AT  
堆栈的方向可以用两种方式指定: El4SL'E@  
.[8g6:>  
它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 N(= \S:  
w^wh|'u^_@  
请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 `}|$eF&  
LQ3J$N  
[attachment=121065] NB?y/v  
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基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 Rg6/6/ IN  
~e#QAaXD#5  
 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 ~Op~~ m  
 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。 (YKkJ  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 zaMKwv}BR  
hz*H,E!>  
[attachment=121066] $61j_;WF`  
R"V^%z;8o  
高级选项和信息 w~l%xiC  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 B7ty*)i?  
 求解器选项卡允许编辑所使用FMM(“傅里叶模态法”,也被称为RCWA,“严格耦合波分析”)算法的精度设置。 p~NFiZ,  
 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 Lc5I?}:;L  
 如果考虑金属光栅,这可能是有用的。相反,对于介质光栅,默认设置就足够了。 ^b@&O-&s  
ERZWK  
[attachment=121067]  j2%?-(U  
E (bx/f  
结构分解 b?deZ2"L#  
B96"|v$  
 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 *e}1KcJ  
 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。 atmTI`i  
 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 d gRTV<vM  
 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。 c3q @]|aI  
[[gfR'79{  
[attachment=121068] )h,-zAnZ  
SJXP}JB_  
光栅级次通道选择 tX 3y{W10"  
TU}. /b@F  
 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。 1./iF>*A  
 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。 oES4X{,  
 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)。 Z|IFT1K  
[y(AdZ0*  
[attachment=121069] %y_AT2A  
+3%i7  
光栅的角度响应 $ Ov#^wfA  
 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 Z&Ao;=Gp1  
 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 9Ls=T=96  
 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。 m0_B[dw  
 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。 `R{ ZED l'  
9i*Xd$ G  
[attachment=121070] 71inHg  
#;~dA  
例:谐振波导光栅的角响应 XX|wle1Kg  
#uillSV  
[attachment=121071] F}dq~QCzw  
~u+|NtF  
谐振波导光栅的角响应 ``* !b >)  
SE<hZLd"  
[attachment=121072]
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