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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] [->uDbt zL .PHz
系统内光栅建模 A"$UU6Z4 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 !rwe|"8m?u 这使得在一个复杂的系统中对光栅进行建模,并因此评估整个系统的性能成为可能,同时考虑光栅的可能影响。 V_.n G; 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 0w24lVR. {y0 `p1 [attachment=121063] I<v:xTor 9"%ot=) 附着光栅堆栈 h%0hryGB 4IEF{"c_8 为了描述系统内的光栅,光栅堆栈总是附着在一个虚拟参考面上(仅平面)。 6L\?+=X 元件的大小仅用于在3D光线追迹视图中显示;仿真中不考虑孔径效应。 gOnVN6 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 GLIe8T*ht 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 QL{{GQ_dn %M/rpEE"b% [attachment=121064] Ev' BmDk #^Io9dAh 堆栈的方向 IW1+^F9NEw nWd]P\a'V 堆栈的方向可以用两种方式指定: 2:>|zmh_ ecjjCt2S 它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 \4B2%H bOKgR{i 请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 {Al}a`da +d=cI [attachment=121065] *;]j#0 /N'|Vs,X 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 k;AV'r `!t+sX-n 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 yhBf %m 然而,任何实际的光栅结构必须建立在基底上,因此,我们使用一个平面元件和中间的自由空间延伸对其进行建模。 :Jz@` s1n 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 @fML.AT ;g
M$%!& [attachment=121066] )w.\xA~| /<\B8^yQ 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]#gCks 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
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-\.'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| reyN5n~4U 谐振波导光栅的角响应 8-N8v
*0 nt/+?Sj [attachment=121072]
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