衍射
關注創建者：琳泓comsol 創建時間：2019-08-24
衍射的視頻教程
MCGrating 光柵設計軟件
包含衍射光柵、結構、衍射光學元件、光伏系統和光譜光柵。光柵的特征尺寸可以從納米到毫米量級。同時可以計算衍射效率、近場、偏振、反射、透射以及內部場。全息光柵、布拉格光柵、表面光柵、光子晶體、衍射光束分束器、偏光器、抗反射各種定制特性可以使用戶分析和優化用戶自定義結構的光柵。這些包括導入測量的高度輪廓以及使用公式描述一個高度輪廓的可編程高度輪廓或者折射率分布介質。
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014 - FDTD隨機鋪撒在基底上的微鐵球吸光（含演示，26元）
光源是直徑為 10 um的高斯光，波長為 1060 nm； ·??基于 Lumerical FDTD Solution 求解，使用的軟件版本為 Lumerical 2016a； ·??計算所需的內存：8 GB； ·??涉及的內容：結構組（用腳本構建幾何結構）、高斯光源、分析組-吸收率（自己編寫腳本）、計算衍射級 等； ·??計算了：總吸收率、衍射級數、各衍射級的功率占比 ·??繪制了：沿z
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衍射的實例教程
菲涅爾衍射的三維追跡圖
菲涅爾衍射的探測器結果圖
總結
OAS 軟件的模擬，在探測器上清晰呈現出了菲涅爾衍射條紋。分析結果顯示，該衍射條紋具有明顯的近場特征，其明暗分布與光源的半孔徑、波長以及光源到探測器的距離密切相關。由于光源參數和傳播距離的特定設置，衍射條紋呈現出獨特的周期性和強度變化規律。通過對這些條紋特征的深入分析，能夠進一步理解菲涅爾衍射中波前曲率變化對衍射圖樣形成的影響機制，為深入研究菲涅爾衍射的物理本質提供重要依據。
衍射光學元件光整形
光學軟件VirtualLab可以用來設計和模擬用于激光光束整形的衍射光學元件。衍射光學工具箱使用強大的迭代傅里葉變換算法（IFTA）和參數優化可以用來優化：
? 衍射光學元件
? 衍射光束分束器
? 衍射擴散器
? 衍射和折射光束整形器
? 計算全息（CGH）
? 相位板
? 全息圖
被紅色和綠色激光照射的衍射線擴散器和環擴散器
衍射光學元件可以用包括聚焦透鏡，準直透鏡，光束擴展器和傅立葉透鏡來建模。光學模擬包括：
? 衍射
? 干涉
? 偏振
? 時間和空間相干度
? 強度
? 相位
? 像差
衍射光學元件可以用于各種光學系統來操縱激光，經典的應用包括：
? 材料處理
? 信息顯示
? 測量系統
? 自由空間通訊
? 汽車行業
? 軍事
? 光譜學
衍射光分束器產生的光斑 (由POG, Gera加工)
功能
衍射光學元件在您的激光系統中將會有以下功能：
? 控制衍射和干涉效應
? 客戶自定義激光光束分束后的每束光的功率
? 設計已確定特性的散射板
? 激光光束強度整形
? 使激光系統緊湊
? 產生任意的2D強度分布
? 使用IFTA快速優化成百上千個參數
一個衍射光分束器元件的一個周期的二元高度輪廓
衍射光分束器
衍射光束分束器可以將一束激光分成自定義數目的光束，每束光可以有自定義的功率和角度。光分束器一般和準直透鏡，聚焦透鏡，擴束器以及傅里葉透鏡一起使用。目標平面光束的尺寸一般由透鏡系統控制，而光束的位置和功率由衍射光束分束器控制。
展開 摘要
如今，衍射透鏡在現代光學的各種應用中得到廣泛的使用。微結構表面被用來取代笨重的光學元件，與傳統鏡頭相比，得益于尺寸和重量的減小。在快速物理光學軟件VirtualLab Fusion中，這些結構既可以以理想化的形式建模，具有預定義的階次和效率，也可以更現實地建模，包括對實際微觀結構表面的精確分析。本文介紹了VirtualLab Fusion的衍射透鏡組件、可用的選項和應用的建模方法。
在哪里可以找到組件?
衍射透鏡組件可以在Components > Single Surface & Stack下找到。
波前相位響應
衍射透鏡組件由單一曲面組成，其透射函數用多項式波前響應來描述。
衍射透鏡引入的波前相位響應在通道運算符（Channel Operator）選項卡中定義。如果衍射透鏡是從Zemax OpticStudio?導入的，數據將自動填寫(模型與Zemax OpticStudio?的Binary 2曲面一致)。
（來自VirtualLab Fusion手冊）
理想衍射透鏡的參數設置
然后，用戶可以在衍射結構建模（Diffractive Structure Model）選項卡中選擇將衍射透鏡模型定義為理想化的或具有真實曲面的，主要區別在于如何計算階次的效率。在理想函數的情況下，所需的衍射級數和它們的效率必須手動定義。
總結:理想衍射透鏡的計算方法
采用帶理想光柵函數的局部線性光柵近似法（LLGA）計算衍射透鏡的理想曲面。具體步驟如下:
1.曲面上的輸入場被看作是局部平面波(LPWs)的組成。
2.每個LPW看到的曲面部分被認為是一個線性光柵(局部)。
3.
展開 課程大綱：
1.波動光學基礎
□ 雙光束干涉及楊氏干涉
□ 相干及非相干光源的傳播特性
□ 衍射光學與傅里葉變換
2.衍射元件概述
□ 衍射光學元件概念
□ 衍射光學元件優點
□ 光束分束、整形、擴散
□ 傅里葉變換
□ 角譜理論
□ 工作裝置類型
3.衍射光學元件理念及設計
□ 基本理念
□ 透鏡和衍射光學元件的作用
□ 分束、整形和擴散的實質
□ 衍射光學元件的特征尺寸
□ 衍射光學元件優化設計方法
4.IFTA簡介
□ 基本設計步驟
□ 光學系統結構——1f、2f、Fresnel、Far-field、角譜
□ 參數估算——周期和線寬的估算
□ 光學系統分辨率——不同結構的分辨率
□ 配置設計過程的優化評價函數
5.衍射元件設計案例
□ 衍射分束器參數選擇
□ 衍射分束器設計流程：規則和任意形狀
□ 衍射整形器參數選擇
□ 衍射整形器設計流程：1D和2D平頂型
□ 衍射擴散器參數選擇
□ 衍射擴散器設計流程：平頂型和任意圖案
6.光柵模擬分析
□ 構建stack
□ 調整模擬參數——精度因子和衍射級次
□ 近場分析、衍射效率分析、內部場分析
□ 2D光柵表面鍍膜分析
□ 3D表面具有減反結構的光柵分析
□ 光柵單元陣列及透鏡陣列的建模與分析
7.光柵概述
□ 2D和3D光柵,亞波長光柵,及二元光學元件
□ 標量衍射和傅里葉變換
□ 矢量衍射和傅里葉模態法
□ 納米光學元件的應用：抗反射、偏振控制、成像、傳感等
8.微納光學元件制作
□ 多階器件加工
□ 連續器件加工
□ 傳統套刻法
□ 激光直寫法
□ 納米光子器件制作概述
□ 衍射光學元件公差分析
9.答疑
展開 首先，由于相位函數只是對經過折射或反射表面的光線施加額外的相位改變，因此該模型不考慮通過衍射元件的真實光線路徑，因此忽略了波長色散以及某些其它像差。此外，這種表面模型沒有考慮衍射效率。最后，必須創建一個多重結構系統來逐個模擬不同的衍射級次。
2.區域分解
相反，使用區域分解，可以一次準確地考慮多個衍射階次，并且該方法通過模擬衍射元件的實際形狀來固有地考慮波長色散和衍射效率。這使得創建先進的IOL模型成為可能，其中不同的順序旨在為多個觀看距離提供清晰的視野，從而取代人眼。
區域分解模型假設分散元件的區域寬度遠大于波長，并且光學特性在區域內表現平滑。在這種情況下，幾何光學近似和光線追蹤可用于描述從衍射表面的一側到另一側的傳播。這也意味著這些區域在近場中可以被視為傳統的折射/反射光學元件，而在遠場光分布中只能通過標量衍射分析來計算。
在OpticStudio 中，PSF計算實現了這一精確過程，幾何光線追跡的結果疊加從出瞳到像面的衍射效應。由于通過衍射元件的相位變化是基于幾何光學計算的，因此當衍射表面位于出瞳或其共軛位置之一（入瞳或孔徑光闌）時，區域分解最適合的。
人工晶狀體設計和仿真是一個合適的案例，它符合上述標準，因為植入的人工晶狀體通常放置在瞳孔之后（瞳孔作為孔徑光闌）。根據通常的做法，當孔徑光闌和出瞳之間的菲涅爾衍射可忽略時，可以使用區域分解來有效地模擬衍射IOL。
使用 UDS DLL 的衍射表面模型
為了利用上述區域分解方法，我們實現了一個新的用戶定義表面DLL，其中可以通過分析描述浮雕型衍射表面的矢高輪廓。
展開 
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3.4 光柵衍射角度理論計算
通過光柵方程n?×sin(θ?)=n?×sin(θ?)+m×λ/d，可精準計算各級衍射角度，僅1~4級衍射光可在波導內實現有效傳播，其余級次光路被抑制，為光柵參數優化提供理論依據。
傳統的衍射光學元件
許多常見類型的DOE被用于調控光源，這些DOE包括衍射光柵、菲涅爾波帶片、衍射分光鏡、衍射光束整形器和衍射勻光器。
衍射光柵
衍射光柵是一種具有微小周期性結構的光學結構，其中，這些結構之間的距離與光波長一樣?。丛谖⒚谆蚣{米范圍內）。這些結構可以將入射光重定向到多個空間方向，這些方向被稱為衍射級次。
（紅外系統追跡結果圖）
（紅外系統探測器結果圖）
06總結
本案例借助OAS光學軟件成功構建并仿真分析了矩孔衍射聚焦模型，并且能夠進行相應的雜散光分析，驗證了軟件在處理復雜光學問題方面的有效性和準確性。
由于幾何結構的周期性，入射平面波會被衍射成一組有限數量的平面波，這些平面波稱為“光柵級次”。在 S 矩陣計算完成后，可以計算出諸如入射功率中被透射和反射的比例、每個光柵級次中的功率，以及結構內部的電場和磁場等結果。
RCWA 求解器工作流程
使用 RCWA 求解器的推薦工作流程如下：
1.
OmniScan SX
輕便的單組Omniscan SX探傷儀配備了一塊易于閱讀的8.4英寸（21.3厘米）觸摸屏，為您提供高性價比的檢測解決方案，OmniScan SX提供兩種型號：SX PA和SX UT，其中SX PA是一款16:64PR儀器，與僅使用UT技術的SX UT一樣，它也配備了一個用于脈沖回波、一發一收或TOFD（衍射時差）檢測的常規UT通道。
顯然，光場合成精確的模擬了減小的光束直徑和預期的衍射特性。
圖4.相干場的合成參數。Gabor分解是一種定向合成，它要求最大的子束半孔徑。最大的光線位移設置為1以保證光束重疊。最大光線角由下一個元件的直徑決定。在這個例子中，準直透鏡最大角至少要達到8°。
圖5 經過準直透鏡的輻照度分布。左：光場已經使用空間濾波器正確的重新合成。
采用衍射元件的色散行為來分離不同方向的入射光的不同光譜成分的多色器或單色器由于其易于使用和可調整性，經常被選擇用于這項任務。
在高速物理光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion中實現的 "連接場求解器 "方法可以模擬由各種元件組成的復雜系統，在這個領域就是如此：光柵和折射元件（如拋物面鏡）都是光譜系統中不可避免的部分。
通常情況下，拋物面鏡首先準直光源，然后衍射光柵會在空間上分離顏色。通過適當地設置一個出口狹縫，可以選擇一個特定的顏色。本文介紹了完整的Czerny-Turner設置的模擬，包括真實的反射鏡和衍射光柵，特別是用傅里葉模態法（FMM）建模的光柵。
建模任務
結果
結果
文件信息
GLAD：瞬態拉曼效應11天前
模擬過程中我們將傳播距離分30步完成，每一步1km，每一步綜合考慮自發拉曼效應、受激拉曼效應以及衍射效應。
沒有受激拉曼放大下的自發輻射開始會線性增長，但是隨著傳播距離的增加，就會有越來越多的空間分量散射出主光路，最終自發輻射到達一個穩定值。越大的采樣陣列能夠涵蓋的自發輻射角度越大，但同時散射效應作用的距離也更短。
?不同波長/偏振態下的衍射效率不同，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一步說明。
例：諧振波導光柵的角響應
諧振波導光柵的角響應
文件信息
