Ansys Zemax | 如何將光柵數據從Lumerical導入至OpticStudio（上）

宇熠科技

2024年4月7日 17:00

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培訓活動

本次培訓主題為『Ansys Zemax 成像設計』，由宇熠高級光學工程師主講，針對序列成像設計，幫助學員們掌握優化技巧、公差分析技巧、熱分析、像質評價、坐標變換等知識點。線下培訓學習效率更高、更豐富、更精準，可直接與老師面對面交流提問，當場解決記憶深刻。

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本文介紹了一種使用Ansys Zemax OpticStudio和Lumerical RCWA在整個光學系統中精確仿真1D/2D光柵的靜態工作流程。將首先簡要介紹方法。然后解釋有關如何建立系統的詳細信息。

本篇內容將分為上下兩部分，上部將首先簡要介紹方法工作流，下部將詳細闡述示例部分。

介紹

在此工作流程中，設計人員首先在Lumerical FDTD或RCWA中模擬光柵，然后將數據導出到擴展名為json的文件。在OpticStudio中，用戶可以導入這些數據，以精確模擬在整個宏觀系統中的光柵特性。

許可證要求

此靜態鏈接工作流需要從Lumerical生成數據并導入到OpticStudio中。這兩個軟件單獨工作，不需要在同一臺電腦上。要從Lumerical生成所需的數據，用戶需要Lumerical FDTD許可證。要將數據讀入OpticStudio，用戶需要Ansys Zemax OpticStudio的專業版、旗艦版或企業版許可證。請注意，此功能不支持舊版的OpticStudio。

靜態與動態工作流

值得一提的是，有兩個現有的工作流程可以在Lumerical和OpticStudio之間交換數據。一個是我們將在本文中介紹的靜態工作流。另一個是以不同方式工作的動態工作流。這兩種工作流程具有不同的靈活性，不存在一個優于另一個。用戶應根據其設計案例考慮使用哪一種。

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從Lumerical生成光柵數據

在此工作流程中，我們使用擴展文件名為json的文件將光柵仿真結果從Lumerical傳遞到OpticStudio。json文件可以由組件供應商提供，也可以由使用OpticStudio的同一用戶生成。

本文將不介紹在Lumerical中模擬和導出json文件的操作，需要了解請聯系工作人員或者查閱幫助手冊。（推薦閱讀技術文章：Lumerical 亞波長模型：介紹和數據生成）

在Ansys Zemax OpticStudio中建立光柵

在OpticStudio中，要建立光柵，建議使用以下3個物體之一：Diffraction Grating、User Defined Object (DiffractionGrating.DLL)和User Defined Object (Polygon_grating.DLL)。默認安裝文件夾中不提供 Polygon_grating.DLL文件，但可以通過聯系我們的工作人員獲取

請注意，光柵建在這些建議物體的表面1處。

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添加上述3個物體之一后，我們使用物體屬性...衍射選項卡來定義DLL插件 “lumerical-sub-wavelength-XXXXXX.dll”，其中 XXXXXX 是版本，例如“2023R1”。此DLL將光柵數據（.json）讀入 OpticStudio。請注意，光柵數據（.json）應保存在\Document\Zemax\DLL\Diffractive\文件夾中。

下一節將介紹此DLL的參數。

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Ansys Zemax OpticStudio中的參數

隨機模式

如果將其設置為非零，則光線在擊中表面時不會分裂。相反，光線將被隨機衍射到一個級次，如下所示。這對于一條光線多次照射衍射表面并分成太多段的情況非常有用。

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測試模式

通常不使用此參數。用戶應將其保持為零，除非需要下面描述的一些特殊用途。

當測試模式為0時，DLL在正常模式下工作。
當我們需要一些功能時，在此值之上增加一個值。
- +1表示DLL將導出日志文件到\Document\Zemax\DLL\Diffractive\lumerical-sub-wavelength.log
- +8表示DLL將在CMOS模式下工作。在此模式下，DLL認為除T（0，0）之外的所有透射級次的衍射功率為0。T（0，0）的衍射功率由1-R計算，其中R是所有反射級次的衍射功率之和。這是專門為CMOS衍射設計的模式。對于CMOS傳感器，光永遠不會“透射”，而是被硅層吸收，進一步轉換為電能。我們需要重新計算“非反射”功率來近似吸收功率并將它們歸于T（0，0）階。有關仿真CMOS的更多詳細信息將在另一篇文章中討論。

例如，如果我們將測試模式參數設置為1+8=9，則意味著需要它在CMOS模式下工作并導出日志文件。

提示和注意事項

隨機模式和起始/終止X/Y級次

開啟隨機模式后，建議用戶設置X Start = X Stop = Y Start = Y Stop = 0。這與 Diffraction DLL插件在OpticStudio中的工作方式有關。OpticStudio始終調用從（X Start，Y Start）到（X Stop，Y Stop）所有級次的DLL。但是，當隨機模式打開時，DLL僅使用（X Start，Y Start），對其他級次的所有調用都是多余的，并且會大大降低仿真速度。

另一方面，如果用戶想使用X/Y起始/終止級次，隨機模式需要為0，這意味著隨機模式已關閉。

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