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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 H1_XEcaM+* QLH&WF 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。 bhe~ekb @'L/] [attachment=121062] ?(Q" y\ # eqt{ 系统内光栅建模 LO]D
XW 9 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 Nv "R'Pps 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))Kp{z 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 3{RuR+yi m6^Ua [attachment=121063] ;l>
xXSB7$ }uo5rB5D 附着光栅堆栈 D5fJuT-bp F>jPr8& 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)。 26JP<&%L 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。 R~8gw^w![ 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 B!GpD@U 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)。 )hmU/E@ <HM\ZDo@P [attachment=121064] &?>h#H222 {PgB~|W 堆栈的方向 (A O]f fBU eO;i1 > 堆栈的方向可以用两种方式指定: BM=`zGh" ,\!4A 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)。 CN8GeZ-G 'c5#M,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。 5x?eun =Xze ).g [attachment=121065] &i"33.#] )V~Fl$A 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 `M/=_O3 6}
"?eW 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 #%z--xuJL 然而,任何实际的光栅结构必须建立在基底上,因此,我们使用一个平面元件和中间的自由空间延伸对其进行建模。 jb1OcI% 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 ?xh_qy; rt$zM [attachment=121066] n4\6\0jq6 W7.O(s,32 高级选项和信息 mE)65@3% 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 iz]Vb{5n% 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。 E{gu39 D 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 h
Vz%{R" 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。 c'OJodpa |t CD@M [attachment=121067] W!q'wrIx( ^4(CO[|c~ 结构分解 pcXY6[#N 3S1V^C-eBx 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 q88p~Ccoa 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{Ypn` 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 .O @bX) 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。 Fn$/ K NHA
2 i [attachment=121068] L(TO5Y] y@]4xLB] 光栅级次通道选择 cd{3JGgB &N1C"Eov? 可以定义具体的透射和反射级次,以供模拟中考虑。在表面被从背面照明的情况下,也可以有不同的级次。 9(lIz{ 并不总是需要考虑所有的衍射级,我们建议只使用那些感兴趣的,以确保更有效的模拟。 zYpIG8"o5 光栅级次通道的选择不影响FMM计算中的内部衍射级次(即精度)。 udtsq"U_% *LcLYxWo [attachment=121069] EceZ1b I9*o[Jp5 光栅的角度响应 Fp4?/-] 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 }Bw=2 ~ 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 I=D{(%+^d 不同波长/偏振态下的衍射效率不同,不同入射角度下的衍射效率也不同。 wOE_2k 为了解决角度相关的衍射行为,可能需要指定k域(角空间)的采样点。请参阅下面的示例以进一步说明。 /k<*!H]KSg 5FqUFzVqsl [attachment=121070] RI w6i?/I jjBcoQU$o 例:谐振波导光栅的角响应 hor ok:{ 2T5@~^:7u [attachment=121071] RBr HP|,AmVLl 谐振波导光栅的角响应 :i0xer acB,u& [attachment=121072]
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