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模擬，而是與系統(tǒng)的其余部分結(jié)合，以評估整個系統(tǒng)性能。VirtualLab Fusion提供了一個獨特的光柵元件，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。

?這使得在一個復(fù)雜的系統(tǒng)中對光柵進(jìn)行建模，并因此評估整個系統(tǒng)的性能成為可能，同時考慮光柵的可能影響。

?光柵元件可以通過元件 > 單個表面&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)。

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

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，例如衍射效率的計算。

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

?平面的建模包括菲涅耳效應(yīng)(S矩陣求解器)。

高級選項和信息

?在求解器菜單中有幾個高級選項可用。

?求解器選項卡允許編輯所使用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)置考慮的總級次數(shù)，也可以設(shè)置倏逝級次數(shù)。

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

結(jié)構(gòu)分解

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

?層分解和轉(zhuǎn)換點分解設(shè)置可以用來調(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)換點數(shù)的信息。

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

光柵級次通道選擇

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

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

?光柵級次通道的選擇不影響FMM計算中的內(nèi)部衍射級次(即精度)。

光柵的角度響應(yīng)

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

?對于給定的光柵，其衍射行為與輸入場有關(guān)。

?不同波長/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。請參閱下面的示例以進(jìn)一步說明。

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)

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