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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 9]$8MY   
{J/I-=CmML  
光栅是光学中最常用的衍射元件之一。如今,它们经常被用于复杂的系统中,并与其他元件一起工作。在这种情况下,非常需要将光栅不仅仅是作为孤立的元件来模拟,而是与系统的其余部分结合,以评估整个系统性能。VirtualLab Fusion提供了一个独特的光栅元件,允许在光路中轻松地包含各种不同形状的光栅,无论是一维周期光栅(层状),二维周期光栅,或体(布拉格)光栅。本用例介绍了该元件的功能,包括光栅级次的设置和堆栈的定位。 }G$]LWgQx  
H(0q6~|  
[attachment=121062] 1G~S |,8p  
52zGJ I*  
系统内光栅建模 weMww,:^[  
 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 'cDx{?  
 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。 CGw--`#\  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 #n\C |  
k&hc m  
[attachment=121063] "HM{b?N  
N12:{U  
附着光栅堆栈 v;y0jD#b  
(kTXP_  
 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)。 {mE! Vf  
 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。 ?(KvQK|d4  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 D}Ilyk_uUw  
 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)。 q&'Lbxc>c  
M ixwK,  
[attachment=121064] gM;}#>6  
o?Sla_D   
堆栈的方向 SN+ S6  
e`{0d{Nd  
堆栈的方向可以用两种方式指定: J3S&3+2G  
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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)。 t qOi x/  
BX;5wKfA  
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。 zvv:dC/p<  
Q"a2.9Eo  
[attachment=121065] sc`"P-J+vp  
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基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 b'>8ZIY  
ApPy]IdwX  
 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 J."{<&  
 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。 ?BCy J  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 71B3a  
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[attachment=121066] aj|5 #  
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高级选项和信息 jeN1eM8 WI  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 urY`^lX~  
 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。 2xmk,&s  
 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 EiV=RdL  
 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。 w`yx=i#  
"2n;3ByR  
[attachment=121067] j~ym<-[{a  
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结构分解 [h}K$q  
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 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 PN F4>)  
 层分解和转换点分解设置可以用来调整结构的离散化。默认设置适用于几乎所有光栅结构。 EHf)^]Z  
 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 _^uc 0=  
 分解预览按钮提供了用于FMM计算的结构数据的描述。折射率用色标表示。 +h[e0J|v{  
;:#U 6?=t  
[attachment=121068] hd^x}iK"  
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光栅级次通道选择 }6~)bLzI}  
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 可以定义具体的透射和反射级次,以供模拟中考虑。在表面被从背面照明的情况下,也可以有不同的级次。 `6 Y33bQ  
 并不总是需要考虑所有的衍射级,我们建议只使用那些感兴趣的,以确保更有效的模拟。 XK3]AYH  
 光栅级次通道的选择不影响FMM计算中的内部衍射级次(即精度)。 9\51Z:>  
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[attachment=121069] uIP iM8(  
&zN@5m$k;  
光栅的角度响应 eYP=T+  
 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 j8 H Oc(  
 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 'XfgBJF=  
 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。 kJ8vKcc  
 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。 NXgRNca  
BF|*"#s  
[attachment=121070] QaMDGD  
GAU!_M5N  
例:谐振波导光栅的角响应 1k>naf~O  
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[attachment=121071] |QYZRz  
O<`R~  
谐振波导光栅的角响应 g3rRhS  
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[attachment=121072]
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