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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 >,{sFc 6MT
(k: 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。 z}!g2d V2Vr7v=Y" [attachment=121062] KUUA>'= CW
&z?B ra 系统内光栅建模 o{sv<$ 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 &L+uu',M0c 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。 1RYrUg"s" 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 \N*([{X "=Br&FN{| [attachment=121063] 2F:qaz CLrX!JV> 附着光栅堆栈 #{q.s[g*+1 T?pS2I~ 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{|B&6$[} 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。 Ik0g(-d 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 $ZBYOA 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 5[
zN M ;t{q]"? W [attachment=121064] 10FiA; -eG~ 堆栈的方向 kcCCa@~v Y~I<L ocv 堆栈的方向可以用两种方式指定: 7Bp7d/R- .HS6DOQ 它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 '>"{yi- c
C3>Ff' 请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 k8w\d+!v 1hG# [attachment=121065] y@3p5o9lv- =8\.fp 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 jzbq{# I%3[aBz4 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 Y$=jAN 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。 0B`X056|"| 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 [s(D==8 @sXv5kZ: [attachment=121066] Y %"Ji[ Za:j;u
Y 高级选项和信息 Y MX9Z|| 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 {~U3|_"[pX 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。 F` U~(>u' 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 HuevDy4 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。 &xnQLz:# VzP az\e [attachment=121067] "?8)}"/f za_b jE 结构分解 }| DspO U)J5K 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 gQn%RPMh 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。 1$>+rW{a 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 R
BYhU55B 分解预览按钮提供了用于FMM计算的结构数据的描述。折射率用色标表示。 {X!OK3e .IeO+RDQ [attachment=121068] my?Ly(# 6_j |@ 光栅级次通道选择 _'=,c" y{ur'**l 可以定义具体的透射和反射级次,以供模拟中考虑。在表面被从背面照明的情况下,也可以有不同的级次。 JVc{vSa!rm 并不总是需要考虑所有的衍射级,我们建议只使用那些感兴趣的,以确保更有效的模拟。 #EPC]jFk 光栅级次通道的选择不影响FMM计算中的内部衍射级次(即精度)。 p`"k=tZ{ L+am-k:T~ [attachment=121069] \Vyys[MMY8 HlGSt$woX 光栅的角度响应 (> al-vZ6A 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 FdU]!GO-X 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 =oBpS=<7 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。 ;l$$!PJ 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。 '~[8>Q> n7Ao.b%uk- [attachment=121070] 'cD?0ou`o #Bd]M#J17a 例:谐振波导光栅的角响应 QNNURf\[( Lljn\5!r< [attachment=121071] MGg(d :`bC3Mr 谐振波导光栅的角响应 ={BD*=i G/_IY; [attachment=121072]
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