非傍軸衍射分束器嚴格分析的案例
[VirtualLab] 非傍軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
模擬與設置：工具簡介與整體流程概覽
連接建模技術：衍射光束分束器
通過配置助手和IFTA進行相位設計
將傳輸函數轉化為結構
衍射光束分束器表面
衍射光束求解器 - TEA & FMM
光柵級數 & 可編程光柵分析器
設計與評估結果：
? 相位函數設計
? 結構設計
? TEA 評估
? FMM 評估
? 高度縮放檢查（用于優化/容限）
僅相位傳輸設計
結構設計
使用TEA進行性能評估
使用FMM進行性能評估
進一步的分析（優化后，容差分析）
進一步優化 - 調整設計#1的零階
進一步優化 - 調整設計#2的零階
進一步優化 - 調整設計#3的零階
展開 非傍軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
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摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
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摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
模擬與設置：工具簡介與整體流程概覽
連接建模技術：衍射光束分束器
通過配置助手和IFTA進行相位設計
將傳輸函數轉化為結構
衍射光束分束器表面
衍射光束求解器 - TEA & FMM
光柵級數 & 可編程光柵分析器
設計與評估結果：
? 相位函數設計
? 結構設計
? TEA 評估
? FMM 評估
? 高度縮放檢查（用于優化/容限）
僅相位傳輸設計
結構設計
使用TEA進行性能評估
使用FMM進行性能評估
進一步的分析（優化后，容差分析）
進一步優化 - 調整設計#1的零階
進一步優化 - 調整設計#2的零階
進一步優化 - 調整設計#3的零階
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VirtualLab：非傍軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
模擬與設置：工具簡介與整體流程概覽
連接建模技術：衍射光束分束器
通過配置助手和IFTA進行相位設計
將傳輸函數轉化為結構
衍射光束分束器表面
衍射光束求解器 - TEA & FMM
光柵級數 & 可編程光柵分析器
設計與評估結果：
? 相位函數設計
? 結構設計
? TEA 評估
? FMM 評估
? 高度縮放檢查（用于優化/容限）
僅相位傳輸設計
結構設計
使用TEA進行性能評估
使用FMM進行性能評估
進一步的分析（優化后，容差分析）
進一步優化 - 調整設計#1的零階
進一步優化 - 調整設計#2的零階
進一步優化 - 調整設計#3的零階
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摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
展開 [FRED] RPC Photonics擴散片BSDF
[FRED] 5倍無焦望遠鏡的模擬
[FRED] 圖片光源之位圖光源設置與分析
[VirtualLab] 非傍軸衍射分束器的設計與嚴格分
同時，為了確保漫射體不受輸入光束變化的影響，并且不產生衍射效果，微透鏡單元的分布是隨機的，根據產生相應的光束形狀函數所選取的概率分布函數來確定。因此，工程漫射體同時保留了隨機與確定性漫射體的優點，從而實現高性能的光束整形功能。
FRED是美國Photon Engineering 公司開發的光學工程仿真軟件，其在雜散光分析中獨特的算法、高效的準確性，使其與其它同類產品相比更具優勢。本案例我們重點講述如何由RPC Photonics的BSDF數據轉為FRED可識別的散射數據。
圖1. RPC Photonics工程漫射體結構及光束投射形狀
步驟
1、 在http://www.rpcphotonics.com/bsdf-data-optical-diffusers/下載并解壓BSDF數據到某一文件夾下，選擇“Raw data”文件。
圖2. RPC Photonics工程漫射體不同類型的散射數據
2、 將 http://fred-kb.photonengr.com/wp-content/uploads/sites/2/2015/06/constructRpcScatterFile.frs腳本文件放在步驟1中的文件下。
展開 非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是很困難的。由于有相對較大的分束角，元件的特征尺寸一般等于或小于工作波長。因此，它通常超出近軸建模方法的范圍。在此示例中，將迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）用于衍射元結構的初始設計，然后將傅里葉模態法（FMM）應用于嚴格的性能評估。
設計任務
純相位傳輸的設計
使用迭代傅立葉變換算法（IFTA）進行純相位傳輸設計。
結構設計
在近軸假設下使用薄元近似（TEA）進行結構設計。
使用TEA進行性能評估
在近軸假設下使用TEA進行評估，即與設計方法相同
使用傅里葉模態法進行性能評估
使用嚴格的FMM進行評估以檢查非近軸情況下的實際性能。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
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摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是很困難的。由于有相對較大的分束角，元件的特征尺寸一般等于或小于工作波長。因此，它通常超出近軸建模方法的范圍。在此示例中，將迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）用于衍射元結構的初始設計，然后將傅里葉模態法（FMM）應用于嚴格的性能評估。
設計任務
純相位傳輸的設計
使用迭代傅立葉變換算法（IFTA）進行純相位傳輸設計。
結構設計
在近軸假設下使用薄元近似（TEA）進行結構設計。
使用TEA進行性能評估
在近軸假設下使用TEA進行評估，即與設計方法相同
使用傅里葉模態法進行性能評估
使用嚴格的FMM進行評估以檢查非近軸情況下的實際性能。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
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直接設計非近軸衍射分束器仍然是很困難的。由于有相對較大的分束角，元件的特征尺寸一般等于或小于工作波長。因此，它通常超出近軸建模方法的范圍。在此示例中，將迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）用于衍射元結構的初始設計，然后將傅里葉模態法（FMM）應用于嚴格的性能評估。
摘要
非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是很困難的。由于有相對較大的分束角，元件的特征尺寸一般等于或小于工作波長。因此，它通常超出近軸建模方法的范圍。在此示例中，將迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）用于衍射元結構的初始設計，然后將傅里葉模態法（FMM）應用于嚴格的性能評估。
設計任務
純相位傳輸的設計
使用迭代傅立葉變換算法（IFTA）進行純相位傳輸設計。
結構設計
在近軸假設下使用薄元近似（TEA）進行結構設計。
使用TEA進行性能評估
在近軸假設下使用TEA進行評估，即與設計方法相同
使用傅里葉模態法進行性能評估
使用嚴格的FMM進行評估以檢查非近軸情況下的實際性能。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
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VirtualLab Fusion應用：非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是一個挑戰。由于衍射角相當大，元件的特征尺寸與工作波長在相同的數量級上。因此，設計過程超出了近軸建模方法。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法(IFTA)和薄元素近似(TEA)用于衍射元素的初始設計結構，和傅里葉模態方法(FMM)隨后應用于嚴格的性能評估。
設計任務
使用近軸近似的衍射1：7×7分束器的初步設計，通過嚴格分析，進一步優化零階均勻性和影響
光柵級次分析模塊設置
使用常規的分束器會話2編輯器，VirtualLabFusion提供了一個指導工具，允許用戶一步一步地指定所有影響分束器設計的參數。
1. 通過應用設計帶中的結構設計，所得到的傳輸函數可以轉換為結構輪廓。
2. 對于此轉換，使用了薄元近似(TEA)。因此，所得到的結構與初始相位函數成正比。
3. VirtualLab Fusion提供計算出的形式已經預設在光路中。
4. 要在不同的模擬場景中使用這種結構，需要從組件內部獲取實際的采樣表面或指定的堆棧。
衍射分束器表面
為了進一步評估，使用了通用光柵光學設置，其中加載之前保存的堆棧。光柵光學裝置提供了獨特的工具、組件和分析儀，以進一步研究給定周期結構的特性和性能。
衍射光束求解器-薄元素近似(TEA)
? 一般光柵組件提供了薄元近似(TEA)和傅里葉模態方法(FMM)作為解決模型給定的光柵。
展開 VirtualLab Fusion應用：非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是一個挑戰。由于衍射角相當大，元件的特征尺寸與工作波長在相同的數量級上。因此，設計過程超出了近軸建模方法。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法(IFTA)和薄元素近似(TEA)用于衍射元素的初始設計結構，和傅里葉模態方法(FMM)隨后應用于嚴格的性能評估。
設計任務
使用近軸近似的衍射1：7×7分束器的初步設計，通過嚴格分析，進一步優化零階均勻性和影響
光柵級次分析模塊設置
使用常規的分束器會話2編輯器，VirtualLabFusion提供了一個指導工具，允許用戶一步一步地指定所有影響分束器設計的參數。
1.通過應用設計帶中的結構設計，所得到的傳輸函數可以轉換為結構輪廓。
2.對于此轉換，使用了薄元近似(TEA)。因此，所得到的結構與初始相位函數成正比。
3.VirtualLab Fusion提供計算出的形式已經預設在光路中。
4.要在不同的模擬場景中使用這種結構，需要從組件內部獲取實際的采樣表面或指定的堆棧。
衍射分束器表面
為了進一步評估，使用了通用光柵光學設置，其中加載之前保存的堆棧。光柵光學裝置提供了獨特的工具、組件和分析儀，以進一步研究給定周期結構的特性和性能。
衍射光束求解器-薄元素近似(TEA)
□ 一般光柵組件提供了薄元近似(TEA)和傅里葉模態方法(FMM)作為解決模型給定的光柵。
□ 薄元近似通常產生更快的結果，當結構小于波長的5倍,可能有精度問題，。
□ 傅里葉模態方法允許一個嚴格的模擬，但需要更高的數值計算。
展開 VirtualLab Fusion應用：非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是一個挑戰。由于衍射角相當大，元件的特征尺寸與工作波長在相同的數量級上。因此，設計過程超出了近軸建模方法。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法(IFTA)和薄元素近似(TEA)用于衍射元素的初始設計結構，和傅里葉模態方法(FMM)隨后應用于嚴格的性能評估。
設計任務
使用近軸近似的衍射1：7×7分束器的初步設計，通過嚴格分析，進一步優化零階均勻性和影響
光柵級次分析模塊設置
使用常規的分束器會話2編輯器，VirtualLabFusion提供了一個指導工具，允許用戶一步一步地指定所有影響分束器設計的參數。
1.通過應用設計帶中的結構設計，所得到的傳輸函數可以轉換為結構輪廓。
2.對于此轉換，使用了薄元近似(TEA)。因此，所得到的結構與初始相位函數成正比。
3.VirtualLab Fusion提供計算出的形式已經預設在光路中。
4.要在不同的模擬場景中使用這種結構，需要從組件內部獲取實際的采樣表面或指定的堆棧。
衍射分束器表面
為了進一步評估，使用了通用光柵光學設置，其中加載之前保存的堆棧。光柵光學裝置提供了獨特的工具、組件和分析儀，以進一步研究給定周期結構的特性和性能。
衍射光束求解器-薄元素近似(TEA)
□ 一般光柵組件提供了薄元近似(TEA)和傅里葉模態方法(FMM)作為解決模型給定的光柵。
□ 薄元近似通常產生更快的結果，當結構小于波長的5倍,可能有精度問題，。
□ 傅里葉模態方法允許一個嚴格的模擬，但需要更高的數值計算。
展開 VirtualLab Fusion應用：非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
設計任務
使用近軸近似的衍射1：7×7分束器的初步設計，通過嚴格分析，進一步優化零階均勻性和影響
直接設計非近軸衍射分束器仍然是一個挑戰。由于衍射角相當大，元件的特征尺寸與工作波長在相同的數量級上。因此，設計過程超出了近軸建模方法。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法(IFTA)和薄元素近似(TEA)用于衍射元素的初始設計結構，和傅里葉模態方法(FMM)隨后應用于嚴格的性能評估。
