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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 m\_+)eI| 2XzF k_6H 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。 1]"D%U= Yd[U [attachment=121062] pi|\0lH6W >9 q]>fJ 系统内光栅建模 bh{E&1sLh 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 x6"/z 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。 qi(&8in 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 ~azF+}x90N zB;'_[8M [attachment=121063] EV:_Kx8f P :x8Jy4L 附着光栅堆栈 O'"YJ, r;c' NqP 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)。 (}9cD^F0n 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。 +G<}JJ'V 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 ;+TMx( 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)。 X'YfjbGo 0PYvey }[ [attachment=121064] %=laY_y
G W,xi>5k 堆栈的方向 ll^Th > r3n=<l!Jr 堆栈的方向可以用两种方式指定: =9kj?
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W/#KX}4 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)。 s;vWR^Ll P
h9Hg' 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。 1[26w_B3 kEp.0wL' [attachment=121065] += X).X0K 3Cq6h;!# 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 h=uiC&B |E46vup 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 _{N0OX 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。 Hlz'a1\:O] 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 I8%d;G~ k\sc }z8X [attachment=121066] ~%olCxfO ST[2]
高级选项和信息 ?| D$#{^ 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 CnxK+1n l 求解器选项卡允许编辑所使用FMM(“傅里叶模态法”,也被称为RCWA,“严格耦合波分析”)算法的精度设置。 mle_*Gy8 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 It#h p,@e 如果考虑金属光栅,这可能是有用的。相反,对于介质光栅,默认设置就足够了。 @N,:x\
f$:7A0 [attachment=121067] |pfhrwJp 6a "VCE] 结构分解 OpW eW X=rc3~}f 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 *>H M$.?Q 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。 $sU5=, 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 =gxgS<bde 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。 08<k'Oi] i_j9/k [attachment=121068] 4yA9Ni 7Vz[ji 光栅级次通道选择 08TaFzP81 Z7tU0 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。
3MNhH 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。 >yV)d/ 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)。 W&fW5af9 Ss"|1]acP [attachment=121069] [@,OG-"& FRl3\ZDqrb 光栅的角度响应 ^CowJ(y( 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 GM)\)\kNF 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 ?noETH z) 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。 .){e7U6b{ 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。 :zizca4 ({;P#qCX [attachment=121070] (lyt"Ty "D
ts* 例:谐振波导光栅的角响应 wMlf3Uz `jD8(}_ [attachment=121071] @A~B
, uE,i-g0$Id 谐振波导光栅的角响应 {AU` }*5 8ktjDs$=.: [attachment=121072]
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