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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 ;Y?7|G97*S  
~)tIO<$U  
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#yI/5r  
0h^upB#p  
[attachment=121062] U;i:k%Bzy  
K*'(;1AiW  
系统内光栅建模 t&mw@bj  
 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 bICi'`  
 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?lRU8  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 igOjlg_Q  
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[attachment=121063] mdypZ1f_  
D4}WJMQ7s  
附着光栅堆栈 &w*.S@  ;  
/e|`mu%  
 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)。 2etcSU(y>  
 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。 |bi"J;y  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 w)&]k#r  
 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)。 9TO  
p"Oi83w;9  
[attachment=121064] \x(J v Dt  
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堆栈的方向 ',z'.t  
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堆栈的方向可以用两种方式指定: l4O}>#  
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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)。 qe"5&cc1  
7xVI,\qV  
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。 jsf=S{^2  
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[attachment=121065] :)q/8 0@  
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基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 D(~6h,=m  
bG^E]a/D  
 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 r@e_cD] M  
 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。 @>qzRo  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 A>%fE 6FY  
W`eYd| +C  
[attachment=121066] 'hVOK(o 0  
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高级选项和信息 Fng":28o  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 I:]s/r7  
 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。 Zr;.`(>  
 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 X z2IAiAs'  
 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。 9gn_\!Mp  
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[attachment=121067] w]"Y1J(i  
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结构分解 }qc[ysDK]  
"2'nLQ""q  
 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 nDiD7:e7=  
 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。 `2J6Dz"W  
 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 0"#tK4  
 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。 )!|K3%9  
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[attachment=121068] pk}*0Y-  
RT)0I;  
光栅级次通道选择 h[C!cX  
^-4mZXAy1|  
 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。 17$JBQ,[  
 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。 "0`r]5 5d  
 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)。 Ny*M{}E  
P;MS%32  
[attachment=121069] f3y_&I+zl  
m1]rLeeEt  
光栅的角度响应 q_OIzZ@  
 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 $Fc*^8$ryC  
 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 7xwS  .|  
 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。 #ZCgpg$wM  
 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。 xPQO}wKa  
_UjAct]6  
[attachment=121070] 15iCJ p  
OJ@';ZyT=  
例:谐振波导光栅的角响应 e~'y%|D  
:n0(gB  
[attachment=121071] 9w11kut-!  
@]H&(bw  
谐振波导光栅的角响应 :&6QKTX  
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[attachment=121072]
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