1、概述

達曼光柵（Dammann grating,DG）是一種典型的二元光學元件（bianry optical elements，BOE），通過二元光學相位變化點的橫向位置的調制來實現激光遠場多級譜點等強度的光點陣列。

達曼光柵作為一種常用的激光分束器件，可以產生任意排列點陣且光柵均勻性不受入射光波的影響，其具有優均勻性、低損耗、結構緊湊等優良性能，在光互連、光通信、光計算和多重計算成像領域得到了廣泛的應用。

RSoft軟件的DiffractMOD是一種用于衍射光學元件結構的設計和仿真工具，基于嚴格耦合波分析（RCWA）算法，包括快速傅里葉分解和廣義傳輸線公式，可以處理復雜的周期性結構，其中包含具有有損或色散材料的介電和金屬成分。

2、達曼光柵設計仿真

達曼光柵結構設計可以基于matlab或者mathematica軟件進行優化，然后在RSoft軟件進行仿真。

2.1、達曼光柵設計

上圖為達曼光柵的一個周期結構，進行歸一化處理，光柵及其衍射級次能量分布完全由光柵結構中的那些突變點坐標（a,b）所決定。通過優化突變點坐標可以實現特定衍射級次能量的均勻化。

本文以1*14分束比的一維達曼光柵為例，利用mathematica軟件進行優化。優化步驟分三步，詳細如下所示，

首先，利用mathematica軟件編寫標量衍射理論，光束經過達曼光柵得到每個衍射級次的能量分布解析式，如上圖所示，aa，bb是二元相位突變點坐標，mm是衍射級次，theta是相位大小；

通過計算衍射級次能量可以得到衍射效率和不均勻度，然后利用衍射效率和不均勻度創建一個評價函數；

最后利用mathematica軟件求解評價函數的最優解，即可得到很好的達曼光柵結構和衍射能量分布，其能量分布如上所示。

2.2、達曼光柵仿真

首先根據達曼光柵的使用條件設置相關參數，

 

模塊：DiffractMOD

激光波長：266nm

光柵介質折射率：1.56

偏振：TE

入射角度：0°

設置好初始環境條件，然后創建達曼光柵結構。上圖為RSoft主界面，藍色三角形為光源處，紫色框為光柵周期范圍，需要設置光柵周期的XYZ大小，然后利用紅色框內的各種模組在周期內創建達曼光柵結構。

根據優化得來的達曼光柵結構參數，利用各種模組在紫色框內創建相關結構，然后進行仿真可以得到達曼光柵各級次的衍射能量，其不均勻度小于3%。

3、總結

利用RSoft軟件的DiffractMOD模塊可以很準確的得到衍射光柵各級次的衍射效率。

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