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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 hhU_kI ]y@A=nR 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。 L;3%8F\-. FJ3S
[attachment=121062] kyHli~Nr" *D|a`R!Y 系统内光栅建模 7${<u 0((! 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 i.E2a) 这使得在一个复杂的系统中对光栅进行建模,并因此评估整个系统的性能成为可能,同时考虑光栅的可能影响。 e"hfeNphz 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 AQ)gj$
m3 =gj?!d` [attachment=121063] A4"TJZBg} =mYf]
PIX 附着光栅堆栈 BgXZr,? #QwkRzVoy 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)。 owIpn=8|Q 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。 bB$f=W!m% 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 SA<\n+>q^ 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 h%EeU
3 CzBYH [attachment=121064] PMAz[w,R~ g}W`LIasv 堆栈的方向 E&8Nh J :SaZhY 堆栈的方向可以用两种方式指定: o898pg j:%,lcF 它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 %RD\Sb4YV k{2Gq1S{ 请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 *q6XK_ -m^-p [attachment=121065] _}5vO$kdO xUn"XkhP 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 H@(O{ 9Yl; QATRrIj{e 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 X,49(-~\ 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。 RL}?.'! 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 wa@Rlzij> _%CM<z
e [attachment=121066] {8.Zb NEJ
EGl<oxL*R2 高级选项和信息 "lt <$. 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 {dF@Vg_n 求解器选项卡允许编辑所使用FMM(“傅里叶模态法”,也被称为RCWA,“严格耦合波分析”)算法的精度设置。 )+L|<6J XA 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 %V=%ARP| 如果考虑金属光栅,这可能是有用的。相反,对于介质光栅,默认设置就足够了。 ^0zfQu+! c+ZOC8R [attachment=121067] RL` jaS?V no+m.B 结构分解 j/aJD E(+ 0h1u W26^ 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 ykC3Z<pI. 层分解和转换点分解设置可以用来调整结构的离散化。默认设置适用于几乎所有光栅结构。 qU#A,%kcV 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 Q>$B.z 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。 at?I @By J?V$V
>d [attachment=121068] 'u.Dt*.Uq 43k'96[2d 光栅级次通道选择 qIJc\,' f(y+1 可以定义具体的透射和反射级次,以供模拟中考虑。在表面被从背面照明的情况下,也可以有不同的级次。 Zv}F?4T~: 并不总是需要考虑所有的衍射级,我们建议只使用那些感兴趣的,以确保更有效的模拟。 H|aFs.S EQ 光栅级次通道的选择不影响FMM计算中的内部衍射级次(即精度)。 ` +YtTK CWeQv9h]X [attachment=121069] wnC-~&+6 T8m]f< 光栅的角度响应 :? )!yI 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 v(;yy{>8" 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 %ap]\o$^4 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。 ,<Cl^ ^a, 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。 >\K=)/W2 Y-})/zFc [attachment=121070] 4AL,=C3 z9
0JZA 例:谐振波导光栅的角响应 3PkZXeH/ jvQ^Vh!mC [attachment=121071] _Yo)m|RaB koT3~FK 谐振波导光栅的角响应 g#i~^4-1 9gA@D%0 [attachment=121072]
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