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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 1B#Z<p  
W:z?w2{VI(  
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。 miCW(mbO8  
/xseI)y.B  
[attachment=121062] [->uDbtzL  
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系统内光栅建模 A"$UU6Z4  
 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 !rwe|"8m?u  
 这使得在一个复杂的系统中对光栅进行建模,并因此评估整个系统的性能成为可能,同时考虑光栅的可能影响。 V_.n G;  
 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 0w24lVR.  
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[attachment=121063] I<v:x Tor  
9"%ot=)  
附着光栅堆栈 h%0hryGB  
4IEF{"c_8  
 为了描述系统内的光栅,光栅堆栈总是附着在一个虚拟参考面上(仅平面)。 6L\?+=X  
 元件的大小仅用于在3D光线追迹视图中显示;仿真中不考虑孔径效应。 gOnVN6  
 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 GLIe8T*ht  
 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 QL{{GQ_dn  
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[attachment=121064] Ev'Bm Dk  
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堆栈的方向 IW1+^F9NEw  
nWd]P\a'V  
堆栈的方向可以用两种方式指定: 2:>|zmh_  
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它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 \4B2%H  
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请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 {Al}a`da  
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[attachment=121065] *;]j#0  
/N'|Vs,X  
基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 k;AV  'r  
`!t+sX- n  
 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 yhBf%m  
 然而,任何实际的光栅结构必须建立在基底上,因此,我们使用一个平面元件和中间的自由空间延伸对其进行建模。 :Jz@`s1n  
 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 @fML.AT  
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[attachment=121066] )w.\xA~|  
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高级选项和信息 b<N962 q$q  
 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 Gl+Ql?|  
 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。 z 5T_  
 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 0d%p<c  
 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。 ]I|3v]6qR  
cnrS.s=  
[attachment=121067] cjd Z.jR2  
  ns{BU->f  
结构分解 *t,J4c  
?4]#gC ks  
 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 e>:bV7h j~  
 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。 7xmyjy%c  
 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 1 >nl ]yO  
 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。 cP4K9:k  
RuW62QSq  
[attachment=121068] ]Gm $0uS  
Mk*&CNo3  
光栅级次通道选择 m _0D^e7#  
-\.'WZo`  
 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。 j70]2NgX  
 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。 o9l =Q  
 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)。 jmcb-=ts  
| CC(`<\R  
[attachment=121069] &r{.b#7\/A  
D~;hIt*  
光栅的角度响应 \Lz2"JI  
 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 #b~wIOR)Z  
 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 t5%\`Yo?  
 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。 >@2l/x8;  
 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。 rb/m;8v>  
&*I\~;1  
[attachment=121070] S_z}h  
wW7W+,{o  
例:谐振波导光栅的角响应 MZ(TST"  
{|}tp<:2  
[attachment=121071] _L6WbRu|  
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谐振波导光栅的角响应 8-N8v *0  
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[attachment=121072]
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