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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 aT#{t{gkA eC?/l*gF3 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。 OLNn3
J >iH).:j [attachment=121062] 1bg@[YN!; tR*W-% 系统内光栅建模 !rg0U<bO! 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 m->%8{L 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。 $|(|Qzi% 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 4AOS}@~W
YeC,@d[ [attachment=121063] xY0QGQca i?>>
9f@F 附着光栅堆栈 >J3ja>Gw/ 2ZbY|8X$r 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)。 f WjS) 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。 n>:c}QAJH 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 3B".Gsm)X 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)。 -ouJf}#R #IaBl?}r^ [attachment=121064] 3Ge <G C.eV|rc@T 堆栈的方向 *{dD'9Bg /;nO<X:XV 堆栈的方向可以用两种方式指定: A
Ok7G?Y d =(Yl r 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$>m0^ p
(xD/E 请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 t+!gzZ _RaVnMJKX4 [attachment=121065] EB2^]? _`@Xy!Ye 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 vg:J#M: rfXF 01I 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 !qXq
y}?w 然而,任何实际的光栅结构必须建立在基底上,因此,我们使用一个平面元件和中间的自由空间延伸对其进行建模。 y:|.m@
j1 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 t6bWSz0 Fm$n@RbX [attachment=121066] H]i+o6 /ik)4]> 高级选项和信息 ;8L+_YCa 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 [wy3Ld 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。 9(^X2L&Z 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 /[|}rqX( 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。 R!/,E ~e`;"n@4 [attachment=121067] oX2DFgz QVSsi
j 结构分解 >OKS/(I0 U)`3[fo 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 s;_#7x# 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。 o
>Rw}R 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 LTYuxZ 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。 1RI #kti-" nF. ;LM [attachment=121068] neB.Wu~WH Ql#W
/x,e 光栅级次通道选择 b#Fk>j Q_dXRBv=n 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。 ^b"x|8 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。 do=x9k@Q 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)。 {m+S{dWp v E3{H [attachment=121069] c+E//X| 6zp@#vYI 光栅的角度响应 k5fH; 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 rY[3_ NG% 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 4uO
@`0:x 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。 ~4=]%XYz 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。 _cxm}*}\# =0PNHO\gl [attachment=121070] 2\nBqCxR f*|8n$% 例:谐振波导光栅的角响应 Io,/ +#| >tmnj/=& [attachment=121071] )I Y 5Y +Dq|l} 谐振波导光栅的角响应 CzzUi]*Ac{ r{R[[]p [attachment=121072]
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