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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 qrdA4S T'C^,,if 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。 E^'f'\m jgpSFb<9F [attachment=121062] :xwyE(w -]hk2Q0 系统内光栅建模 Hst]}g' . 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 oJ4OVfknD 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。 q)N]*~ 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 A?)nLp&Y vU(uu:U9 [attachment=121063] |-+ IF,j m+m2<|%x 附着光栅堆栈 Pk{eGG<F$ ECW=865jL 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)。 ^\"@r%| 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。 1 >}x9D 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 kfc5ra>& 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)。 cpLlkR O ."X}A
t [attachment=121064] E!Ljq 3iT` A [c1E[ 堆栈的方向 p<[gzmU9\b z.vERP56 堆栈的方向可以用两种方式指定: h;C/} s cVb&Jzd 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)。 >v?&&FhHK<
xa"8"8 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@"i/@8x$ #S4lRVt5 [attachment=121065] e #!YdXSx i$?$X, 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 /8Wfs5N /BN_K8nb` 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 w ag^Sk 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。 NB^+Hcb$ 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。
fV(WUN+ :@~W$f\y [attachment=121066] _ J t '((pW 高级选项和信息 s;!_'1pi@ 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 /}kG$~
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。 =tS#t+2S 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 T%Nm 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。 QKB*N)%6 % S vfY { [attachment=121067] iZ( U] 'W_u1l/ 结构分解 >.=v*\P Vu=e|A# 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 o'?[6B>oj 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。 my]t[%Q{ 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 \#(tI3 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。 Q1[3C( 63PSYj(y [attachment=121068] A||,|He~ =bHS@h8N< 光栅级次通道选择 B?gFFU61
YZdV0-S 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。 2 ":W^P 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。 CqVeR';2 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)。 ^ h?]$P JYw_Z*L=m [attachment=121069] "p@EY|Zv%I ^&Vj m 光栅的角度响应 EA``G8Vn> 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 p6c&vEsNj 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 FQh8(^( 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。 f`vu+nw 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。 LX8A@Yct P _x(`H [attachment=121070] =THRyZCH 4Q17vCC*n 例:谐振波导光栅的角响应 E (.~[-K4 q|zips, [attachment=121071] 6* 6 |R93 =9!|%j 谐振波导光栅的角响应 or
qL0i XVfw0-O [attachment=121072]
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