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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 XzBl }4s  
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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。 [A;0I jKam  
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[attachment=121062] e&<=+\ul  
[RDY(}P%  
系统内光栅建模 V-dub{K  
 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。  `7V'A  
 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。 u@4khN: ^p  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 yyVE%e5nl  
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[attachment=121063] @[ '?AsO  
E,A9+OKxJ  
附着光栅堆栈 "t>H B6^  
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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)。 /EVXkf0  
 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。 $cO-+Mr-~  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 z Hl+P*)  
 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 P[,  
c#fSt}J>C  
[attachment=121064] Ht~YSQ~:y  
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堆栈的方向 !3*%-8bp  
SXV f&8  
堆栈的方向可以用两种方式指定: T'14OU2N{Y  
X'7MW? q@  
它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 [5P1 pkZ  
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请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 MnW"ksH  
+L=a\8Ep  
[attachment=121065] 2cv=7!K4Uv  
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基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 6#2E {uy;R  
H<3a yp$  
 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 B}d)e_uLj  
 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。 <'P+2(Oi  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 [ldx_+xa:E  
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[attachment=121066] 5e c T.  
& c 81q2  
高级选项和信息 YD;"_yH  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 -$f$z(h  
 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。 1F[W~@jW  
 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 8ao>]5Rs3  
 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。 {MmK:C  
CN#2-[T  
[attachment=121067] $w! v  
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结构分解 jbu+>  
0F[+rh"x  
 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 v ,)vW5jGI  
 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。 T:w%RF[v9  
 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 e:iqv?2t  
 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。 lT F#efcW  
vb]H $@0  
[attachment=121068] m/1;os5+8  
!4fT<V (  
光栅级次通道选择 +(o]E3  
MZ <BCRB  
 可以定义具体的透射和反射级次,以供模拟中考虑。在表面被从背面照明的情况下,也可以有不同的级次。 PWN$x`h g[  
 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。 [gE2;J0*  
 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)。 ,) 3Eog\-  
@t,Y< )U  
[attachment=121069] 7j{63d`2  
x`zE#sD  
光栅的角度响应 [hKt4]R  
 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 .OvH<%g!.  
 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 Nvj KB)J  
 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。 )E=~ _`XO  
 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。 h[j(@P  
[7=?I.\Cr7  
[attachment=121070] )ZDqj  
JcI~8;Z@Z~  
例:谐振波导光栅的角响应 "5$2b>_UE  
4*_.m9{  
[attachment=121071] 9':MD0P/M  
{s~t>Rp+  
谐振波导光栅的角响应 A&qZ:&(OM  
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[attachment=121072]
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