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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 WB\chb%ej#  
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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?:  
Iy@6cd,)S  
[attachment=121062] sK7b4gmK  
+krDmU9(  
系统内光栅建模 4^k+wQU  
 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 zZiga q"  
 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。 s[}cj+0  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 ZQ[s/  
3PEW0b*]Pf  
[attachment=121063] )pw53,7>aN  
t^7}j4lk  
附着光栅堆栈 ML7qrc;Rx  
4x_# 1 -  
 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)。 j!K{1s[.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。 `Lr|KuFN  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 %Ktlez:S  
 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)。 te&p1F  
a4eE/1  
[attachment=121064] 6eW9+5oL  
Ns.{$'ll  
堆栈的方向 wcW}Sv[r  
59k-,lyU,  
堆栈的方向可以用两种方式指定: iM"L%6*I^  
I~25}(IDZ"  
它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 FIpJ>E"n  
NQ,2pM<*-  
请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 sLW e \o  
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[attachment=121065] RT"JAJTi/  
zI'c'X1,  
基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 7QHrb'c  
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 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 bOK0^$k  
 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。 L[lS >4e N  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 cTL W}4m%g  
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[attachment=121066] /y- 8dgv0a  
W+#Zmvo  
高级选项和信息 =p&uQ6.i+  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 TFtD>q X  
 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。 pR3K~bx^  
 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 U9h@1:  
 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。 3| 0OW Jk  
77;|PKE /  
[attachment=121067] ;b^"b{  
o<7'(Pz  
结构分解 r8Z} mvLM  
(BY5omlh  
 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 ?$%2\"wX~7  
 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。 #LfoG?k1K  
 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 I->4Q&3  
 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。 "K#zY~>L  
m]/s R3yF  
[attachment=121068] S3?U-R^`  
qfyuq]  
光栅级次通道选择 #80M+m  
z:JJ>mxV  
 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。 _[ S<Cb*1  
 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。 {GS$7n  
 光栅级次通道的选择不影响FMM计算中的内部衍射级次(即精度)。 myDcr|j-a  
Cm#[$T@C  
[attachment=121069] "M=1Eb$6=  
Dh .<&ri   
光栅的角度响应 P#qQde/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。 YFs!,fw'  
 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 B-[qS;PY%  
 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。 cGS7s 8U  
 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。 >jpk R  
q 1+{MPJ  
[attachment=121070] d8M8O3  
^"EK:|Y4%K  
例:谐振波导光栅的角响应 u51Lp  
| gP%8nh'C  
[attachment=121071] 1ika'  
td(4Fw||1y  
谐振波导光栅的角响应 ~3qt<"  
#>O>=#Q  
[attachment=121072]
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