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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 \~!9T5/* nD6mLNi%a 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。 ?Q1(L$-= 4<._)_m [attachment=121062] tz0@csXV Xr\|U89P 系统内光栅建模 HL$}Gh]q 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 Fgq"d7` 9@ 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。 wLwAtjW) 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 9z7^0Ruw C{>@b:]p [attachment=121063] $G/h-6+8 TxAT )) 附着光栅堆栈 su.hmc Nf8."EDUW 为了描述系统内的光栅,光栅堆栈总是附着在一个虚拟参考面上(仅平面)。 <"w;:Zs 元件的大小仅用于在3D光线追迹视图中显示;仿真中不考虑孔径效应。 Y: &?xR 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 0STtwfTr: 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 e^kccz2f hZ|*=/3k [attachment=121064] }M?\BH& 3qOq:ZkQ 堆栈的方向 (pM5B8U &.z: i5&o! 堆栈的方向可以用两种方式指定: 0VC8'6S_k !xmvCH=2 它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 `s#0/t 58\rl G 请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 x*td
nor& tdSy&]P [attachment=121065] %,f|H :+>u KrE:ilm#^Y 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 nIdB, v}p'vh^8B 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 z{:T~s 然而,任何实际的光栅结构必须建立在基底上,因此,我们使用一个平面元件和中间的自由空间延伸对其进行建模。 %UZ_wsY\ 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 ']1\nJP[=X -q1vB8gjj [attachment=121066] 1gk{|keh {<0=y#@u 高级选项和信息 &!>
)EHGV 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 1}+lL)-! 求解器选项卡允许编辑所使用FMM(“傅里叶模态法”,也被称为RCWA,“严格耦合波分析”)算法的精度设置。 19-|.9m( 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 g a|RW0 如果考虑金属光栅,这可能是有用的。相反,对于介质光栅,默认设置就足够了。 \jL n5$OW ol]"r5#Q_H [attachment=121067] 's]I:06A 5BKga1Q 结构分解 $YuVM SrGX4 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 @+II@[_lT 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。 \.h!'nfF 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 #xL^S9P 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。 #\9sCnb ,b;eU[!] [attachment=121068] 1L722I@ ',GWH:B 光栅级次通道选择 CVfQ P,5gaT) 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。 Zp'c>ty= 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。 .ko8`J%%M 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)。 } LuPYCzpu !14aw9Q [attachment=121069] ( iM*Y"Y UHr0J jQK 光栅的角度响应 dIk/vg 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 dXr=&@1 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 57r?`'#* 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。 +~~FfIzf# 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。 xb/L AlJ iW.4'9 [attachment=121070] W rvSYqN #wz1uw[pI! 例:谐振波导光栅的角响应 L
;5R*)t -I."= c% [attachment=121071] lq0@)'D CZ2&9Vb9I 谐振波导光栅的角响应 Hkq""'Mx+w 5!WQ [attachment=121072]
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