衍射光柵優化
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-31
衍射光柵優化的實例教程
摘要
某些光學系統和光學組件已被用來等效研究相應的量子力學效應，如Zhu等人已報道了無源奇偶-時間（PT）光柵，[Appl. Phys. Lett. 109, 111101 (2016)] 2016)]。在此示例中，我們遵循Zhu構建了無源PT光柵，并使用傅里葉模態方法（FMM）進行了研究。特別地，我們顯示了具有選定光柵結構參數和光偏振態的非對稱衍射效應。
建模任務
條紋間隔（s=0.375d）——TM偏振
條紋間隔（s=0.375d）——TE偏振
條紋間隔（s=0.25d）——TM偏振
條紋間隔（s=0.25d）——TE偏振
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion工作流程
? 創建光柵結構
?使用特殊介質配置光柵結構[用戶案例]
? 分析光柵衍射效率
?光柵級次分析器[用戶案例]
? 通過參數運行檢查不同參數的影響
? 利用參數運行文檔[用戶案例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
進一步閱讀
-超稀疏介電納米線柵偏光片
-納米柱超表面構件的嚴格分析
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本文展示的是分析衍射光柵在正常入射時對寬帶平面波的響應的過程。Lumerical 為 DGTD 求解器提供了一套光柵腳本，使計算光柵階數、衍射角和不同波長下的光柵效率等常見結果變得簡單易行。
概述
本例中的衍射光柵是平面上的半橢球體的二維陣列。寬帶（0.85-1μm）平面波通常入射到基板的表面光柵上，導致透射和反射區域產生多個衍射階數。一個名為 gratingprojection 的腳本命令返回光柵的一般表征所需的全部結果列表：
光柵階數數量
每個光柵階數的光柵效率
每個光柵階數的方向余弦（相當于遠場半球中的 theta 和 phi 值）
上述結果作為波長的函數返回，可以直接用于您的光柵設計或進一步處理以產生您感興趣的品質因數。
運行和結果
1.打開并運行模擬文件 （diffraction_grating_DGTD.ldev）。
2.打開并運行腳本文件 （diffraction_grating_DGTD.lsf）。
光柵階數與波長的關系
下圖顯示了光柵支持的波長透射/反射階數。可以注意到，
光柵在較短的波長下支持更多的衍射階數。
反射顯示的數字光柵階數大于透射。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。這與上述觀察結果一致。
透射和反射都顯示光柵階數在0.9 um處突然變化，低于該值時開始出現新的光柵階數。
展開 光柵布局在大多數情況下是周期性結構。OptiFDTD中有兩種實現周期性布局的方法：PBG編輯器和VB腳本。本課將重點介紹以下功能：
?使用VB腳本生成光柵（或周期性）布局。
?光柵布局模擬和后處理分析
布局layout
我們將模擬如圖1所示的二維光柵布局。
圖1.二維光柵布局
用VB腳本定義一個2D光柵布局
步驟：
1通過在文件菜單中選擇“New”，啟動一個新項目。
2在“Wafer Properties”對話框中設置以下參數
Wafer Dimensions：
Length (mm): 8.5
Width (mm): 3.0
2D wafer properties:
Wafer refractive index: Air
3點擊 Profiles 與 Materials.
展開 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“光柵階數傳輸”分析組，可以輕松計算常見結果，例如不同波長的光柵階數、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的功率分數。
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域產生多個衍射級。“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果列表：
光柵階數
每個光柵階數的光柵效率
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）
上述結果作為波長函數返回，可直接用于您的光柵設計或進一步處理以產生您感興趣的品質因數。
03 運行和結果
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.)
光柵階數與波長
下圖顯示了光柵在不同波長支持的透射/反射階數。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。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在0.9μm處發生突變，低于0.9出現新的光柵階數。
展開 摘要
某些光學系統和光學組件已被用來等效研究相應的量子力學效應，如Zhu等人已報道了無源奇偶-時間（PT）光柵，[Appl. Phys. Lett. 109, 111101 (2016)] 2016)]。在此示例中，我們遵循Zhu構建了無源PT光柵，并使用傅里葉模態方法（FMM）進行了研究。特別地，我們顯示了具有選定光柵結構參數和光偏振態的非對稱衍射效應。
建模任務
條紋間隔（s=0.375d）——TM偏振
條紋間隔（s=0.375d）——TE偏振
條紋間隔（s=0.25d）——TM偏振
條紋間隔（s=0.25d）——TE偏振
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VirtualLab Fusion工作流程
? 創建光柵結構?使用特殊介質配置光柵結構[用戶案例]? 分析光柵衍射效率?光柵級次分析器[用戶案例]? 通過參數運行檢查不同參數的影響? 利用參數運行文檔[用戶案例]
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文件信息
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-超稀疏介電納米線柵偏光片-納米柱超表面構件的嚴格分析
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連續調制光柵區域光波導的優化
在下面的例子中，您可以看到這些工具中的一些發揮作用：
快速物理光學軟件VirtualLab Fusion通過其波導工具箱提供了一系列方便的工具，可在設計過程中幫助光學工程師。例如用于光柵結構配置的用戶友好的工作流程，用于光柵分析的嚴格傅里葉模態算法
單入射方向光波導耦合光柵的優化1個月前
[圖片]
薄元素近似法（TEA）對比傅里葉模態法（FMM）進行光柵建模
光柵是光學工程師使用的最基本的工具。為了設計和分析這類組件，快速物理光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion為用戶提供了許多有用的工具。其中包括參數優化，以輕松優化系統，以及參數運行，它允許您執行參數掃描，以研究這些參數對設置的總體效果的影響。此外，還可以用于詳細研究具體制造過程中的偏差引入的影響
傾斜光柵的參數優化及公差分析1個月前
優化后的光柵的衍射效率超過90%。此外，還研究了其對光柵的傾角偏差和圓角邊緣的影響。
摘要
光柵的魯棒性分析與優化3個月前
傾斜光柵的魯棒性優化
但是光柵本身的參數并不是影響這類系統性能的唯一因素:已知大多數具有小特征尺寸的周期結構對入射光的偏振狀態非常敏感。作為本周的第二個用例，我們選擇了一個場景，在這個場景中，我們分析了二元光柵的偏振依賴性,并對結構進行了優化，使其在任意偏振角入射光下均能表現良好。
傾斜光柵的魯棒性優化3個月前
由于制造過程中潛在的不準確性，對于一個好的光柵設計來說，面對光柵參數的微小變化，提供穩健的結果是至關重要的。VirtualLab Fusion為光學工程師提供了各種工具，可以將這種行為直接納入優化過程，例如參數變化分析儀。該工具結合了同一系統的多次迭代，在優化過程中實現了評價函數的表示和自動計算，如平均效率。在這個用例中，我們通過稍微改變填充因子來優化傾斜光柵來演示這個特性
摘要
由于制造過程中潛在的不準確性，對于一個好的光柵設計來說，面對光柵參數的微小變化，提供穩健的結果是至關重要的。VirtualLab Fusion為光學工程師提供了各種工具，可以將這種行為直接納入優化過程，例如參數變化分析儀。該工具結合了同一系統的多次迭代，在優化過程中實現了評價函數的表示和自動計算，如平均效率。在這個用例中，我們通過稍微改變填充因子來優化傾斜光柵來演示這個特性。
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狹縫模擬
偏振體光柵(PVGs)模擬也可以用來識別一階反射率。
基于極坐標圖和圖像結果文件，對考慮衍射效應的光柵模型的設計有很大的幫助。
液晶顯示面板的光柵結構產生了衍射圖樣。根據遠場方程，將衍射光計算為輸出光通過光柵介質的電場之和。
液晶顯示面板的光柵結構產生了衍射圖樣。根據遠場方程，將衍射光計算為輸出光通過光柵介質的電場之和。
基于極坐標圖和圖像結果文件，對考慮衍射效應的光柵模型的設計有很大的幫助。
偏振體光柵(PVGs)模擬也可以用來識別一階反射率。
? 狹縫模擬
（a）極坐標圖
（b）顏色輪廓
（c）衍射強度
? 液晶相位光柵模擬
（d）TRN數據 （e）極坐標圖
最后，通過使用 VirtualLab Fusion 進行仿真，顯示了對不期望的高衍射級次的抑制效果。
在本示例中，根據 Bang 等人的研究成果，在分束 DOE 系統中將體光柵設計成角度濾波器，以抑制不需要的高衍射階數。為此，首先分析了體光柵的角度靈敏度。
全息體光柵通常由雙光束干涉制成，以其波長和角度敏感性而著稱
