[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構

2026年1月12日 09:27
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摘要
 
光柵結構廣泛用于光譜儀、近眼顯示系統等多種應用。VirtualLab Fusion通過應用傅立葉模態方法（FMM）以簡易的方式提供對任意光柵結構的嚴格分析。在光柵工具箱中，可以通過使用堆棧內的各種接口或/和介質來配置光柵結構。 用于設置堆棧幾何形狀的用戶界面是人性化的，并且可用于生成更復雜的光柵結構。 本用例中，介紹了基于界面的光柵結構的配置具體操作流程。

[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖1

 
本用例展示了......
?如何使用界面配置光柵工具箱中的光柵結構，例如：
 - 矩形光柵界面
 - 過渡點列表界面
 - 鋸齒光柵界面
 - 正弦光柵界面
?如何在計算之前更改高級選項并檢查定義的結構。 
 
光柵工具箱初始化
?初始化
 -  開始?
光柵?
通用光柵光路圖
?注意：使用特殊類型的光柵，例如： 矩形形狀，
可直接選擇特定的光路圖。

[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖2

 
光柵結構設置
?首先，必須定義基板（基塊“Base Block”）的厚度和材料。
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖3

?在VirtualLab中，光柵結構在所謂的堆棧（stack）中定義。
?堆棧可以附到基板的一側或兩側。
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖4


 
?例如，選擇第一個界面上的堆棧。
 
堆棧編輯器
?在堆棧編輯器(Stack Editor)中，可以從目錄中添加或插入界面。
?VirtualLab的目錄提供了幾種類型的界面。 所有界面都可以用來定義光柵。
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖5


 
矩形光柵界面
 
?一種可能的界面是矩形光柵界面。
?此類界面適用于簡單二元結構的配置。
?在此示例中，由銀制成的光柵位于玻璃基板上。
?為此，增加了一個平面界面，以便將光柵結構與基塊分開。
?在堆棧編輯器的視圖中，根據折射率（黑暗表示更高），其他顏色表示不同的材料。

[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖6

 
矩形光柵界面
?請注意：界面的順序始終從基板表面開始計算。
?所選界面在視圖中以紅色突出顯示。
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖7

?此外，此處無法定義光柵前方的介質（指最后一個接界面后面的介質）。 它自動取自光柵元件前面的材料。
?可以在光路編輯器（Light Path Editor）中更改此材質。
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖8

?堆棧周期（Stack Period）允許控制整個配置的周期。
?此周期也適用于FMM算法的周期性邊界條件。
?如果是簡單的光柵結構，建議選擇“取決于界面周期”（Dependent from Period of Interface）選項，并選擇適當的周期性界面索引。
 
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖9
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖10



 
矩形光柵界面參數
?矩形光柵界面由以下參數定義
 - 狹縫寬度（絕對或相對）
 - 光柵周期
 - 調制深度
?可以選擇設置橫向移位和旋轉。
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖11


 
高級選項和信息
?在傳播菜單中，有幾個高級選項可用。
?傳播方法選項卡允許編輯FMM算法的精度設置。
?可以設置總級次數或衰逝波級次數
（evanescent orders）。
?如果考慮金屬光柵，這項功能非常實用。
?相反，在介質光柵的情況下，默認設置就足夠了。
 
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖12

 
?高級設置(Advanced Settings)選項卡可提供有關結構分解的信息。
?層分解(Layer Decomposition)和過渡點分解(Transition Point Decomposition)設置可用于調整結構的離散化。 默認設置適用于幾乎所有光柵結構。
?此外，有關數量的信息提供了層數和過渡點的信息。
?分解預覽(Decomposition Preview)按鈕提供用于FMM計算的結構數據的描述。 折射率由色標表示。
 
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖13

 
過渡點列表界面
?另一種可用于光柵配置的界面是過渡點列表界面。
?此界面允許根據周期內不同位置的高度值配置結構。
?同樣，平面界面用于將光柵材料或介質與其中一個基板分離。
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖14

 
過渡點列表參數
?過渡點列表界面由包含x位置和高度數據的列表定義。
?上限（Upper Limit）必須設置為大于所需光柵周期一半的值，但在周期性結構的情況下自動設置。
 
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖15

 
?必須在周期化（Periodization）選項卡中設置此界面的周期。
?此處，可以定義x方向和y方向的周期。
?在這種情況下，可以忽略內部和外部定義區域的設置，因為接口的擴展已經被周期性邊界條件截斷。

[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖16

 
高級選項及信息
?同樣，可以在高級設置選項卡頁面上調整和研究分解結構的數據。

[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖17

 
正弦光柵界面
?另一種可用于配置光柵的界面是正弦光柵界面。
?此界面允許配置具有平滑形狀的正弦函數類型的光柵。
?如果使用單個界面來描述光柵結構，則會自動選擇材料：
 - 脊的材料：基板的材料
 - 凹槽材料：光柵前面的材料
 
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖18

 
正弦光柵界面參數
- 正弦光柵界面也由以下參數定義：
?光柵周期
?調制深度
 - 可以選擇設置橫向移位和旋轉。
 - 由于這是光柵界面（類似于矩形和鋸齒借口），因此不必選擇周期。
 
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖19

 
高級選項和信息
?同樣，可以在高級設置選項卡中調整和研究分解結構的數據。

[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖20

 
高級選項及信息
?如果增加層數（例如，增加2倍），則離散化變得光滑。
 
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖21

鋸齒光柵界面
?另一種可用于光柵配置的界面是鋸齒光柵界面。
?此界面允許配置閃耀結構的光柵。
?如果使用單個界面來描述光柵結構，則會自動選擇材料：
 - 脊的材料：基板的材料
 - 凹槽材料：光柵前面的材料

[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖22

 
鋸齒光柵界面參數
?鋸齒光柵界面也由以下參數定義：
 - 光柵周期
 - 調制深度
?此外，閃耀的方向可以是通過設定傾斜度進行調整。
?可以選擇設置橫向移位和旋轉。
?由于這是光柵界面（類似矩形和正弦型），因此不必選擇周期。
 
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖23

 
高級選項和信息
?同樣，可以在高級設置中調整和研究分解結構的數據。
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖24

探測器位置的注釋
關于探測器位置的注釋
?在VirtualLab中，探測器默認位于基板后面的空氣中。
?如果光柵包含在復雜的光學裝置中，則必須這樣做。
?但是，完美的平面和平行基板可能會產生一些干涉效應，而實際情況并非如此。
?因此，為了計算光柵效率，應將探測器設置在基板材料內（同樣適用于大多數光柵評估軟件）。
?可以避免這些干涉效應的不良影響。
[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖25


文件信息

[VirtualLab] 使用界面配置光柵結構的圖26

 
更多閱覽
-Configuration of Grating Structures by Using Special Media
-Blazed Grating Analysis by Fourier Modal Method
-Ultrasparse Dielectric Nanowire Grid Polarizers

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