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2023-10-12 08:21 |
用于一般光学系统的光栅元件
摘要 D|E,9|=v e?
n8S 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。 uEcK0>xp QsH?qI&2jp [attachment=121062] 5R/k8UZ /F7X"_(H 系统内光栅建模 X UcM~U- 在一般光路中,光栅元件可以插入到系统的任何位置。 >q)VHV9P 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。 }@Ou]o 光栅元件可以通过元件 > 单个表面&堆栈 > 光栅找到。 A<<Bm M.% [-'LJG Wb< [attachment=121063] T +~
_D +a!uS0fIJi 附着光栅堆栈 c$52b4=a FG6mh,C! 为了描述系统内的光栅,光栅堆栈总是附着在一个虚拟参考面上(仅平面)。 `} :~,E 元件的大小仅用于在3D光线追迹视图中显示;仿真中不考虑孔径效应。 o1]Ze F 参考面可以在三维系统视图中可视化,以帮助排列光栅。 ~k780 所应用的光栅结构可以是一维周期(层状),也可以是二维周期(交叉光栅)。 MgUjB~)Y e.?;mD [attachment=121064] M"|({+9eG Y<9]7R(\; 堆栈的方向 i!dQ
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F*x\AT 堆栈的方向可以用两种方式指定: El4SL'E@ .[8g6:> 它既可以应用在表面的正面,也可以应用在背面(在固体标签中定义)。 N(=\S: w^wh|'u^_@ 请注意,如果堆栈位于正面,堆栈将绕Z轴旋转180°。这会影响堆栈的内部坐标系,需要在定义高度轮廓时加以考虑。 `}|$eF& LQ3J$N [attachment=121065] NB?y/v <n{-&;> 基底的处理、菲涅耳损耗和衍射角 Rg6/6/ IN ~e#QAaXD#5 作为一种惯例,往往忽略基底的影响,例如衍射效率的计算。 ~Op~~
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。 (YKkJ 平面的建模包括菲涅耳效应(S矩阵求解器)。 zaMKwv}BR hz*H,E!> [attachment=121066] $61j_;WF` R"V^%z;8o 高级选项和信息 w~l%xiC 在求解器菜单中有几个高级选项可用。 B7ty*)i? 求解器选项卡允许编辑所使用FMM(“傅里叶模态法”,也被称为RCWA,“严格耦合波分析”)算法的精度设置。 p~NFiZ, 既可以设置考虑的总级次数,也可以设置倏逝级次数。 Lc5I?}:;L 如果考虑金属光栅,这可能是有用的。相反,对于介质光栅,默认设置就足够了。 ^b@&O-&s ERZWK [attachment=121067] j2%?-(U E
(bx/f 结构分解 b?deZ2"L# B96"|v$ 结构分解选项卡提供了关于结构分解的信息。 *e}1KcJ 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。 atmTI`i 此外,还提供了有关层数和转换点数的信息。 d
gRTV<vM 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。 c3q @]|aI [[gfR'79{ [attachment=121068] )h,-zAnZ SJXP}JB_ 光栅级次通道选择 tX
3y{W10" TU}./b@F 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。 1./iF>*A 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。 oES4X{, 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)。 Z|IFT1K [y(AdZ0* [attachment=121069] %y_AT2A + 3%i7 光栅的角度响应 $ Ov#^wfA 在VirtualLab Fusion中,光栅元件的运算符通过FMM(又名RCWA)在k域中建模。 Z&Ao;=Gp1 对于给定的光栅,其衍射行为与输入场有关。 9Ls=T=96 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。 m0_B[dw 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。 `R{ ZED
l' 9i*Xd$ G [attachment=121070] 71inHg #;~dA 例:谐振波导光栅的角响应 XX|wle1Kg #uillSV [attachment=121071] F}dq~QCzw ~u+|NtF 谐振波导光栅的角响应 ``* !b>) SE<hZLd" [attachment=121072]
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