摘要 

光柵是光學(xué)中最常用的衍射元件之一。如今，它們經(jīng)常被用于復(fù)雜的系統(tǒng)中，并與其他元件一起工作。在這種情況下，非常需要將光柵不僅僅是作為孤立的元件來(lái)模擬，而是與系統(tǒng)的其余部分結(jié)合，以評(píng)估整個(gè)系統(tǒng)性能。VirtualLab Fusion提供了一個(gè)獨(dú)特的光柵元件，允許在光路中輕松地包含各種不同形狀的光柵，無(wú)論是一維周期光柵(層狀)，二維周期光柵，或體(布拉格)光柵。本用例介紹了該元件的功能，包括光柵級(jí)次的設(shè)置和堆棧的定位。

系統(tǒng)內(nèi)光柵建模

□ 在一般光路中，光柵元件可以插入到系統(tǒng)的任何位置。

□ 這使得在一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)中對(duì)光柵進(jìn)行建模，并因此評(píng)估整個(gè)系統(tǒng)的性能成為可能，同時(shí)考慮光柵的可能影響。

□ 光柵元件可以通過(guò)元件 > 單個(gè)表面&堆棧 > 光柵找到。

 

附著光柵堆棧 

□ 為了描述系統(tǒng)內(nèi)的光柵，光柵堆棧總是附著在一個(gè)虛擬參考面上(僅平面)。

□ 元件的大小僅用于在3D光線追跡視圖中顯示；仿真中不考慮孔徑效應(yīng)。

□ 參考面可以在三維系統(tǒng)視圖中可視化，以幫助排列光柵。

□ 所應(yīng)用的光柵結(jié)構(gòu)可以是一維周期(層狀)，也可以是二維周期(交叉光柵)。 

堆棧的方向 

堆棧的方向可以用兩種方式指定： 

它既可以應(yīng)用在表面的正面，也可以應(yīng)用在背面(在固體標(biāo)簽中定義)。 

請(qǐng)注意，如果堆棧位于正面，堆棧將繞Z軸旋轉(zhuǎn)180°。這會(huì)影響堆棧的內(nèi)部坐標(biāo)系，需要在定義高度輪廓時(shí)加以考慮。 

基底的處理、菲涅耳損耗和衍射角 

□ 作為一種慣例，往往忽略基底的影響，例如衍射效率的計(jì)算。

□ 然而，任何實(shí)際的光柵結(jié)構(gòu)必須建立在基底上，因此，我們使用一個(gè)平面元件和中間的自由空間延伸對(duì)其進(jìn)行建模。

□ 平面的建模包括菲涅耳效應(yīng)(S矩陣求解器)。

高級(jí)選項(xiàng)和信息

□ 在求解器菜單中有幾個(gè)高級(jí)選項(xiàng)可用。

□ 求解器選項(xiàng)卡允許編輯所使用FMM(“傅里葉模態(tài)法”，也被稱為RCWA，“嚴(yán)格耦合波分析”)算法的精度設(shè)置。

□ 既可以設(shè)置考慮的總級(jí)次數(shù)，也可以設(shè)置倏逝級(jí)次數(shù)。

□ 如果考慮金屬光柵，這可能是有用的。相反，對(duì)于介質(zhì)光柵，默認(rèn)設(shè)置就足夠了。

結(jié)構(gòu)分解 

□ 結(jié)構(gòu)分解選項(xiàng)卡提供了關(guān)于結(jié)構(gòu)分解的信息。

□ 層分解和轉(zhuǎn)換點(diǎn)分解設(shè)置可以用來(lái)調(diào)整結(jié)構(gòu)的離散化。默認(rèn)設(shè)置適用于幾乎所有光柵結(jié)構(gòu)。

□ 此外，還提供了有關(guān)層數(shù)和轉(zhuǎn)換點(diǎn)數(shù)的信息。

□ 分解預(yù)覽按鈕提供了用于FMM計(jì)算的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的描述。折射率用色標(biāo)表示。

光柵級(jí)次通道選擇 

□ 可以定義具體的透射和反射級(jí)次，以供模擬中考慮。在表面被從背面照明的情況下，也可以有不同的級(jí)次。

□ 并不總是需要考慮所有的衍射級(jí)，我們建議只使用那些感興趣的，以確保更有效的模擬。

□ 光柵級(jí)次通道的選擇不影響FMM計(jì)算中的內(nèi)部衍射級(jí)次(即精度)。

光柵的角度響應(yīng)

□ 在VirtualLab Fusion中，光柵元件的運(yùn)算符通過(guò)FMM(又名RCWA)在k域中建模。

□ 對(duì)于給定的光柵，其衍射行為與輸入場(chǎng)有關(guān)。

□ 不同波長(zhǎng)/偏振態(tài)下的衍射效率不同，不同入射角度下的衍射效率也不同。

□ 為了解決角度相關(guān)的衍射行為，可能需要指定k域(角空間)的采樣點(diǎn)。請(qǐng)參閱下面的示例以進(jìn)一步說(shuō)明。

 

例：諧振波導(dǎo)光柵的角響應(yīng)

諧振波導(dǎo)光柵的角響應(yīng)

文件信息

延伸閱讀

-使用界面配置光柵結(jié)構(gòu)

-使用特殊介質(zhì)配置光柵結(jié)構(gòu)

-VirtualLab Fusion技術(shù)FMM / RCWA [S矩陣]

-Czerny-Turner設(shè)置