傾斜光柵衍射效率仿真的案例
高衍射效率的偏振無關透射光柵的分析與設計
光柵，特別是具有與波長相當?shù)奶卣鞒叽绲?em>光柵，具有偏振相關的光學特性。 這使得設計的具有高衍射效率的光柵難以用于任意偏振。 根據(jù)文獻[T. Clausnitzer, et al，Proc. SPIE 5252,174-182（2003）]中報道的概念，我們展示了如何嚴格分析光柵的偏振相關特性，以及如何使用參數(shù)優(yōu)化來設計具有高衍射效率的偏振無關光柵。
摘要
[VirtualLab Fusion ]光柵區(qū)域衍射級數(shù)和效率的規(guī)范
為了耦合，可以在光導的表面上定義光柵區(qū)域，并可非常靈活地對這些區(qū)域進行配置：區(qū)域的形狀、它的通道、光柵的參數(shù)和要通過系統(tǒng)跟蹤的光柵階數(shù)，以及用于模擬光與光柵相互作用的方法。光柵可由用戶隨意調(diào)整。在這個用例中，我們專注于光柵相關方面的配置：選擇要模擬的光柵級次以及其確定效率的不同機制（理想化或嚴格化）。
2.建模任務
3.系統(tǒng)計算
4.區(qū)域定義
5.選擇光柵級次和仿真
光柵階定義
理想和真實光柵的效率設置
1.理想光柵效率設置
所有級次的光柵效率設置
2.可編程效率設置
所有級次的光柵效率設置
?效率的可編程選項使用與恒定選項相同的假設（參見前文），以便根據(jù)效率值建立矢量行為。
?然而，可編程模式使用戶可以更靈活地分配效率值，該值取決于其他系統(tǒng)參數(shù)，如波長、入射平面波方向和其他用戶定義的全局參數(shù)。
?編輯按鈕打開源代碼編輯器以輸入相應的代碼片段。它還帶有一個有效性指示器和其他選項卡，例如，可以聲明附加參數(shù)（以多種數(shù)據(jù)格式）以供后續(xù)在代碼中使用。
3.實際光柵效率設置
?在對真實光柵運行一次模擬后，關于該光柵如何變換輸入場的計算信息會自動存儲在查找表 (LUT) 中，因此不必重復相同的（可能在數(shù)值上成本高昂）模擬。
?如果任何可能影響光柵響應的系統(tǒng)參數(shù)被修改（波長、平面波方向），當再次運行模擬時，新信息會添加到 LUT。
?可以保存計算出的查找表，以便以后在采用相同光柵和配置的相同或不同系統(tǒng)中使用
4.真實光柵結(jié)構的配置
5.場追跡仿真
6.文檔信息
展開 光譜儀光柵衍射效率低？OAS 軟件案例精準解析
夫瑯禾費衍射案例分析
簡介
夫瑯禾費衍射作為光學波動理論的核心研究對象，是遠場衍射的典型表征形式，其衍射圖樣的分布規(guī)律直接影響光學系統(tǒng)的性能優(yōu)化與功能實現(xiàn)。在光學成像、激光技術、光譜分析等工程領域，精準獲取衍射圖樣特征是提升系統(tǒng)分辨能力、優(yōu)化器件設計的關鍵前提。傳統(tǒng)實驗方法受環(huán)境干擾大、參數(shù)調(diào)整成本高，難以滿足高效研發(fā)需求。OAS 光學軟件憑借精準的物理建模能力、靈活的參數(shù)配置功能及高效的光線追跡算法，成為夫瑯禾費衍射現(xiàn)象研究與工程應用的理想工具。
案例設置與操作
光源參數(shù)
選用單色平行光束光源，波長設定為 0.6328μm，半孔徑尺寸 0.9mm，光束均勻性設定為 99%，確保入射光滿足理想平面波條件。
光學系統(tǒng)參數(shù)
光源與衍射屏間距設為 100mm，衍射屏采用圓形孔徑結(jié)構，衍射屏與探測器間距 10.95mm，通過軟件自動校驗滿足遠場條件。
探測器參數(shù)
采用面陣 CCD 探測器，像素分辨率 1024×1024，探測波段覆蓋 0.4-1.0μm，采樣頻率匹配光源波長，確保衍射條紋細節(jié)完整捕捉。
夫瑯禾費衍射的三維追跡圖
夫瑯禾費衍射的探測器結(jié)果圖
總結(jié)
本案例通過 OAS 軟件實現(xiàn)了夫瑯禾費衍射現(xiàn)象的精準仿真，其核心價值在于為光學工程設計提供了高效的虛擬驗證手段。在實際項目中，可通過調(diào)整孔徑尺寸、波長、探測距離等參數(shù)，快速分析各因素對衍射圖樣的影響規(guī)律，為光學系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。
展開 ZEMAX | 利用RCWA方法模擬表面浮雕光柵的衍射效率
本文介紹了OpticStudio 20.1中添加的兩個動態(tài)鏈接庫 ( Dynamic Link Library,DLL ) 文件，兩者都是用來模擬表面浮雕光柵的衍射DLL。這兩個稱為“ rg_step_RCWA.dll ”和“ srg_trapezoid_RCWA.dll ”的DLL建立了階梯光柵和梯形光柵模型。
本文將首先介紹DLL中使用的方法，然后介紹DLL中的參數(shù)，最后展示兩個示例。
這些功能只能在OpticStudio的高級訂閱版本中使用。
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簡介
表面浮雕光柵 (SRG) 廣泛應用于各種傳統(tǒng)光學系統(tǒng)，如光譜儀、分束器、三維掃描系統(tǒng)、衍射透鏡和脈沖放大系統(tǒng)等。近年來，表面浮雕光柵在平視顯示器 (HUD) 、增強現(xiàn)實 (AR)、虛擬現(xiàn)實 (VR) 頭戴顯示器 (HMD) 等現(xiàn)代設備中得到廣泛應用。它們能夠以任意角度衍射光線，綜合其波長和角度選擇性，使得光學系統(tǒng)比傳統(tǒng)設計更緊湊、更輕，而傳統(tǒng)設計通常需要使用棱鏡和自由曲面來達到同樣的性能，會導致系統(tǒng)更復雜，體積更龐大。
OpticStudio一直可以模擬光柵，但沒有考慮衍射效率。為了準確地反映衍射光線的衍射效率和偏振態(tài)，就必須在模擬時考慮光柵的微觀結(jié)構等特性。
本文將討論兩個用來模擬梯形和階梯光柵的DLL。
表面浮雕光柵與體全息光柵
在介紹這個模型之前，先簡要解釋表面浮雕光柵和體全息光柵 (VHG) 之間的區(qū)別。這兩種光柵在光學系統(tǒng)中的作用幾乎相同，但在制作和仿真方面卻有很大的不同。
圖1. (a)表面浮雕光柵折射率分布均勻，但表面微觀結(jié)構具有周期性。(b)體全息光柵具有周期性變化的折射率分布，但表面光滑。
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VirtualLab Fusion：光柵區(qū)域衍射級數(shù)和效率的規(guī)范
場追跡仿真
6. 文檔信息
高衍射效率的偏振無關透射光柵的分析與設計
摘要
光柵，特別是具有與波長相當?shù)奶卣鞒叽绲?em>光柵，具有偏振相關的光學特性。 這使得設計的具有高衍射效率的光柵難以用于任意偏振。 根據(jù)文獻[T. Clausnitzer, et al，Proc. SPIE 5252,174-182（2003）]中報道的概念，我們展示了如何嚴格分析光柵的偏振相關特性，以及如何使用參數(shù)優(yōu)化來設計具有高衍射效率的偏振無關光柵。
Ansys Zemax | 利用 Kogelnik 方法模擬體全息光柵的衍射效率
本文介紹了OpticStudio 21.1中新的原生體全息模擬功能，此功能考慮到全息光柵的物理特性，在序列模式下對其進行全面模擬和分析。同時，也示范使用現(xiàn)有DLL在非序列模式下展示相同的功能。這些分析對于設計虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）的頭戴型顯示器（HMD）和抬頭顯示器（HUD）等系統(tǒng)非常重要。
本文解釋了模型中使用的理論和參數(shù)，并介紹了5個系統(tǒng)范例。
序列模式的體全息在OpticStudio的所有版本上都可以使用，但是衍射效率分析只有訂閱制才能使用。DLL是訂閱制旗艦版本的功能。
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簡介
體全息在許多類型的光學系統(tǒng)中很受歡迎，例如：抬頭顯示器（HUD）、增強現(xiàn)實（AR）和虛擬現(xiàn)實（VR）的頭戴式顯示器（HMD）。全息能夠?qū)⒐饩€衍射到任何所需的角度，其波長和角度的選擇性使其能夠創(chuàng)造更輕、更緊密的光學系統(tǒng)。
OpticStudio長期以來一直支持理想全息的模擬。然而，為了準確地說明體全息的特性，除了考慮衍射光線的傳播方向外，還必須考慮衍射效率、材料收縮或折射率變化等因素?？紤]衍射效率使用戶能夠進行圖像模擬和綜合優(yōu)化等高級分析。
表面浮雕光柵與體全息光柵的比較
在介紹這個模型之前，我們先簡單解釋一下表面浮雕光柵（SRG）和體全息光柵（VHG）的區(qū)別。這兩種光柵在光學系統(tǒng)中的作用幾乎是一樣的，但在制造和模擬方面卻有很大的不同。
圖 1. （a） 表面浮雕光柵 （b） 體全息光柵
圖1（b）所示的VHG是通過在感光材料薄膜上曝光兩個或多個光束來制造。然后將薄膜進行化學或熱顯影：這就是光柵。光柵上的表面是光滑的，但光柵內(nèi)部的折射率是正弦調(diào)變的。為了對VHG進行建模，需要使用高效的Kogelnik理論或嚴格耦合波分析（RCWA）等算法。
展開 VirtualLab Fusion高衍射效率的偏振無關透射光柵的分析與設計
摘要
光柵，特別是具有與波長相當?shù)奶卣鞒叽绲?em>光柵，具有偏振相關的光學特性。 這使得設計的具有高衍射效率的光柵難以用于任意偏振。 根據(jù)文獻[T. Clausnitzer, et al，Proc. SPIE 5252,174-182（2003）]中報道的概念，我們展示了如何嚴格分析光柵的偏振相關特性，以及如何使用參數(shù)優(yōu)化來設計具有高衍射效率的偏振無關光柵。
設計任務
光柵特性與參數(shù)的嚴格分析
不同光柵周期的衍射效率
考慮光柵周期的選擇
偏振相關衍射特性
偏振相關衍射特性
偏振相關衍射特性
基于參數(shù)優(yōu)化的光柵設計
具有固定周期的二維參數(shù)優(yōu)化
二維參數(shù)優(yōu)化 - 設計＃1
二維參數(shù)優(yōu)化 - 設計＃2
制造公差分析 - 設計＃2
不同光柵周期的三維參數(shù)優(yōu)化
制造公差分析
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文件信息
展開 技巧-Ansys Lumerical 衍射光柵仿真實例
01 說明
此示例描述了衍射光柵對正入射寬帶平面波的響應。Lumerical提供了一組光柵腳本以及“光柵階數(shù)傳輸”分析組，可以輕松計算常見結(jié)果，例如不同波長的光柵階數(shù)、衍射角和光柵效率，光柵分析組還可用于獲得特定光柵階數(shù)的功率分數(shù)。
02 綜述
本例中的衍射光柵是平面上半橢球的二維陣列。一個寬帶（0.85~1μm)平面波通常從襯底入射到表面光柵上，從而在透射和反射區(qū)域產(chǎn)生多個衍射級?！?em>光柵階次傳輸”分析組使用各種與光柵相關的命令，并返回對光柵的一般表征有用的綜合結(jié)果列表：
光柵階數(shù)
每個光柵階數(shù)的光柵效率
每個光柵階的S或P偏振光的光柵效率
每個光柵階的方向余弦（遠場半球中的theta和phi值）
上述結(jié)果作為波長函數(shù)返回，可直接用于您的光柵設計或進一步處理以產(chǎn)生您感興趣的品質(zhì)因數(shù)。
03 運行和結(jié)果
在FDTD中打開并運行仿真文件(diffraction_grating_FDTD.fsp.)，然后打開并運行腳本文件(diffraction_grating_FDTD.lsf.)
光柵階數(shù)與波長
下圖顯示了光柵在不同波長支持的透射/反射階數(shù)。可以注意到：
光柵在更短波長支持更多的衍射級次。
反射比透射顯示更多的光柵階數(shù)。這是因為基板的折射率(1.45)大于空氣的折射率，這意味著基板中的有效波長較短。這與上述觀察一致。
透射和反射均顯示光柵階數(shù)在0.9μm處發(fā)生突變，低于0.9出現(xiàn)新的光柵階數(shù)。
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