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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 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$Fct  
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  
y1Y  
[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)。 ! $fF3^8-  
 元件的大小仅用于在3D光线追迹视图中显示;仿真中不考虑孔径效应。 q=+wQ[a<  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 b R9iqRbn  
 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 &H?Vlx Ix  
b%e7rY2  
[attachment=121064] 8 %^W<.Y  
Lg+cHaA  
堆栈的方向 qino:_g  
iG=XRctgj)  
堆栈的方向可以用两种方式指定: ]?~[!&h  
zO3}c3D~q  
它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 v\Zq=,+  
wQ\bGBks  
请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 u7bji>j  
\n0MqXs#  
[attachment=121065] UsdUMt!u  
TU?$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。 luV_  
 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]-#Iif  
*uMtl'  
[attachment=121071] lK #~lC  
2T}FX4'  
谐振波导光栅的角响应 szD BfGd%j  
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[attachment=121072]
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