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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 9]$8MY {J/I-=CmML 光栅是光学中最常用的衍射元件之一。如今,它们经常被用于复杂的系统中,并与其他元件一起工作。在这种情况下,非常需要将光栅不仅仅是作为孤立的元件来模拟,而是与系统的其余部分结合,以评估整个系统性能。VirtualLab Fusion提供了一个独特的光栅元件,允许在光路中轻松地包含各种不同形状的光栅,无论是一维周期光栅(层状),二维周期光栅,或体(布拉格)光栅。本用例介绍了该元件的功能,包括光栅级次的设置和堆栈的定位。 }G$]LWgQx H(0q6~| [attachment=121062] 1G~S|,8p 52zGJ I*
系统内光栅建模 weMww,: ^[ 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 'cDx{? 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。 CGw--`#\ 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 #n\C
| k&hc m [attachment=121063] "HM{b?N N12:{U 附着光栅堆栈 v;y0jD#b
(kTXP_ 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)。 {mE! Vf 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。 ?(KvQK|d4 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 D}Ilyk_uUw 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)。 q&'Lbxc>c M
ixwK, [attachment=121064] gM;}#>6 o?Sla_D 堆栈的方向 SN+S6 e`{0d{Nd 堆栈的方向可以用两种方式指定: J3S&3+2G sPNfbCOz 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)。 tqOi
x/ BX;5wKfA 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。 zvv:dC/p< Q"a2.9Eo [attachment=121065] sc`"P-J+vp ]8 U ~Iy 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 b'>8ZIY ApPy]IdwX 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 J."{<& 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。 ?BCy J 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 71B3a 5IMSNGS [attachment=121066] a j|5 # U2*6}c< 高级选项和信息 jeN1eM8WI 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 urY`^lX~ 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。 2xmk,&s 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 EiV=RdL 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。 w`yx=i# "2n;3ByR [attachment=121067] j~ym<-[{a &B-[oqC? 结构分解 [h}K$q $CtCOwKZ 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 PNF4>) 层分解和转换点分解设置可以用来调整结构的离散化。默认设置适用于几乎所有光栅结构。 EHf)^]Z 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 _^uc 0= 分解预览按钮提供了用于FMM计算的结构数据的描述。折射率用色标表示。 +h[e0J|v{ ;:#U6?=t [attachment=121068] hd^x}iK" y{rn-?`{ 光栅级次通道选择 }6~)bLzI} `ypL]$cW 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。 `6 Y33bQ 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。 XK 3]AYH 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)。 9\51Z:> 9EgP9up{6! [attachment=121069] uIP
iM8( &zN@5m$k; 光栅的角度响应 eYP=T+ 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 j8HOc( 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 'XfgBJF=
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。 kJ8vKcc 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。 NXgRNca BF|*"#s [attachment=121070] QaMDGD GAU!_M5 N 例:谐振波导光栅的角响应 1k>naf~O ]t/f<jKN^ [attachment=121071] |QYZRz O<`R~ 谐振波导光栅的角响应 g3rRhS $Xt;A&l2? [attachment=121072]
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