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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 DsoF4&>g[B  
L-XTIL$$  
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。 Nx99dr  
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[attachment=121062] du !.j  
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系统内光栅建模 W;=ZQ5Lw  
 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 (~jOtUyT  
 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。 &\LbajP:+  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 wNlp4Z'[  
}sFHb[I &  
[attachment=121063] [(C lvGx  
FEkx&9]  
附着光栅堆栈 >(3 y(1;  
e*tOXXY1  
 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)。 v[m>;Ubg&  
 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。 VD4(  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 e.N#+  
 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)。 ^#nAS2w7U  
gY%-0@g  
[attachment=121064] QZX+E   
U-@\V1;C  
堆栈的方向 J? C"be=  
O_ ~\$b  
堆栈的方向可以用两种方式指定: 2n\EZ  
p|zW2L  
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)。 Qi9SN00F.  
hQ9VcS6=gD  
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。 8O]$)E  
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[attachment=121065] V[~/sc )  
i]P]o)  
基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 7>#74oy  
#(OL!B  
 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 ZPXxrmq%  
 然而,任何实际的光栅结构必须建立在基底上,因此,我们使用一个平面元件和中间的自由空间延伸对其进行建模。 WkT4&|POJ  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 =7a9~&|  
GE|V^_|i  
[attachment=121066] =cxjb,r  
@>:r'Fmu-  
高级选项和信息 Kg 56.$  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 4g|}]K1s  
 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。  0y?bwxkc  
 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 >y5~:L  
 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。 yJ?6BLJi  
cf96z|^C  
[attachment=121067] vForj*Xo  
)<%GHDWL  
结构分解 {<V{0 s%  
Z\n nVM=  
 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 06ZyR@.@v  
 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。 6]M(ElV1H  
 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 l2i[wc"9  
 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。 Z<`QDBN"4  
|Gz(q4  
[attachment=121068] ,#nyEE  
Mp}U>+8  
光栅级次通道选择 ol-U%J  
_qr?v=,-A  
 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。 {>9vm!<[*\  
 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。 C1hp2CW$5/  
 光栅级次通道的选择不影响FMM计算中的内部衍射级次(即精度)。 04o(05K  
Y f1?3 (0O  
[attachment=121069] H>% K}Fh  
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光栅的角度响应 u{J$]%C   
 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 Nzf tc  
 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 `KB;3L  
 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。 /; w(1)B  
 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。 c1Skt  
EjrK.|I0  
[attachment=121070]  (cx Q<5  
`f S$@{YI_  
例:谐振波导光栅的角响应 0 *2^joUv  
uWkW T.>$  
[attachment=121071] ',P$m&z  
P`^nNX]x+,  
谐振波导光栅的角响应 1N,</<"  
ZwM(H[iqL  
[attachment=121072]
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