傅里葉模態(tài)法的案例
使用傅里葉模態(tài)法分析閃耀光柵
傅里葉模態(tài)法（FMM，也稱為RCWA）
建模任務(wù)
單次FMM仿真結(jié)果
參數(shù)掃描（1D）
參數(shù)掃描（2D）
文件信息
[VirtualLab] 使用傅里葉模態(tài)法分析閃耀光柵
傅里葉模態(tài)法（FMM，也稱為RCWA）
建模任務(wù)
單次FMM仿真結(jié)果
參數(shù)掃描（1D）
參數(shù)掃描（2D）
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拓展閱讀
-Grating Order Analyzer
-Optimization of Lightguide Coupling Grating for Single Incidence Direction
VirtualLab：薄元近似(TEA)與傅里葉模態(tài)法(FMM)的光柵建模
摘要
薄元近似(TEA)是傅里葉光學(xué)中廣泛應(yīng)用的計算光柵衍射效率的方法。然而，我們也知道，對于較小的光柵周期，也就是當(dāng)其更接近于光的波長時，近似變得不準(zhǔn)確。在本例中，選擇了兩種類型的傳輸光柵來展示這種效果:正弦光柵和閃耀光柵。我們使用TEA和FMM(也稱為RWCA，這是嚴(yán)格的)來分析這種具有不同周期的光柵，通過比較結(jié)果，我們研究了兩種方法的表現(xiàn)
建模任務(wù)
光柵元件
通用光柵組件（General Grating Component）允許用戶在模擬中選擇不同的求解算法。用戶可以在嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法(FMM)和近似，但更快的薄元近似(TEA)之間進(jìn)行選擇。關(guān)于解算器的更多信息可以在這里找到:
? FMM/RCWA
? Diffractive Lens Component
正弦光柵-效率vs高度(只用TEA)
正弦光柵-傳輸相位形態(tài)
正弦光柵-傳輸相位形態(tài)
正弦光柵-衍射效率
正弦光柵-效率vs.
展開 VirtualLab：薄元近似(TEA)與傅里葉模態(tài)法(FMM)的光柵建模
摘要
薄元近似(TEA)是傅里葉光學(xué)中廣泛應(yīng)用的計算光柵衍射效率的方法。然而，我們也知道，對于較小的光柵周期，也就是當(dāng)其更接近于光的波長時，近似變得不準(zhǔn)確。在本例中，選擇了兩種類型的傳輸光柵來展示這種效果:正弦光柵和閃耀光柵。我們使用TEA和FMM(也稱為RWCA，這是嚴(yán)格的)來分析這種具有不同周期的光柵，通過比較結(jié)果，我們研究了兩種方法的表現(xiàn)
建模任務(wù)
光柵元件
通用光柵組件（General Grating Component）允許用戶在模擬中選擇不同的求解算法。用戶可以在嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法(FMM)和近似，但更快的薄元近似(TEA)之間進(jìn)行選擇。關(guān)于解算器的更多信息可以在這里找到:
? FMM/RCWA
? Diffractive Lens Component
正弦光柵-效率vs高度(只用TEA)
正弦光柵-傳輸相位形態(tài)
正弦光柵-傳輸相位形態(tài)
正弦光柵-衍射效率
正弦光柵-效率vs.
展開 
VirtualLab：薄元近似(TEA)與傅里葉模態(tài)法(FMM)的光柵建模
摘要
薄元近似(TEA)是傅里葉光學(xué)中廣泛應(yīng)用的計算光柵衍射效率的方法。然而，我們也知道，對于較小的光柵周期，也就是當(dāng)其更接近于光的波長時，近似變得不準(zhǔn)確。在本例中，選擇了兩種類型的傳輸光柵來展示這種效果:正弦光柵和閃耀光柵。我們使用TEA和FMM(也稱為RWCA，這是嚴(yán)格的)來分析這種具有不同周期的光柵，通過比較結(jié)果，我們研究了兩種方法的表現(xiàn)
建模任務(wù)
光柵元件
通用光柵組件（General Grating Component）允許用戶在模擬中選擇不同的求解算法。用戶可以在嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法(FMM)和近似，但更快的薄元近似(TEA)之間進(jìn)行選擇。關(guān)于解算器的更多信息可以在這里找到:
? FMM/RCWA
? Diffractive Lens Component
正弦光柵-效率vs高度(只用TEA)
正弦光柵-傳輸相位形態(tài)
正弦光柵-傳輸相位形態(tài)
正弦光柵-衍射效率
正弦光柵-效率vs.
展開 使用VirtualLab Fusion對閃耀光柵分析
在VirtualLab中，對作為關(guān)鍵部分的光柵的衍射特性，采用嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法(FMM)進(jìn)行分析。得到的結(jié)果被納入系統(tǒng)建模，并在幾秒內(nèi)完成仿真。
切爾尼-特納單色儀
提出了一種基于物理光學(xué)的切爾尼-特納單色儀的仿真，它由拋物面反射鏡和一個閃耀光柵組成。
切爾尼-特納單色儀
用傅里葉模態(tài)法FMM對閃耀光柵進(jìn)行分析
傅里葉模態(tài)法(FMM)可用于對光柵效率進(jìn)行嚴(yán)格分析。VirtualLab允許在單個模擬中進(jìn)行嚴(yán)格的效率分析，同時也允許在模擬范圍內(nèi)進(jìn)行參數(shù)變化。
用傅里葉模態(tài)法FMM對閃耀光柵進(jìn)行分析
了解更多信息，請發(fā)送郵件至：support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 超稀疏介電納米線柵偏振器
利用傅立葉模態(tài)方法研究了所選納米線柵的偏振、波長和角相關(guān)特性。電場與納米線柵相互作用的可視化被展現(xiàn)出來。
建模任務(wù)
結(jié)果
?不同結(jié)構(gòu)的反射率vs波長
參考結(jié)果 來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法（FMM）仿真
?反射率vs波長&入射角
參考結(jié)果來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法（FMM）仿真
?納米線柵中場可視化
參考結(jié)果來自J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法仿真（動畫）
展開 超稀疏介電納米線柵偏振器
利用傅立葉模態(tài)方法研究了所選納米線柵的偏振、波長和角相關(guān)特性。電場與納米線柵相互作用的可視化被展現(xiàn)出來。
建模任務(wù)
結(jié)果
?不同結(jié)構(gòu)的反射率vs波長
參考結(jié)果 來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法（FMM）仿真
?反射率vs波長&入射角
參考結(jié)果來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法（FMM）仿真
?納米線柵中場可視化
參考結(jié)果來自J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法仿真（動畫）
展開 VirtualLab：光柵的優(yōu)化與分析
這些方法的范圍從嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法（FMM）到適用于具有淺浮雕大型結(jié)構(gòu)的薄元近似法（TEA）。
薄元素近似法（TEA）對比傅里葉模態(tài)法（FMM）進(jìn)行光柵建模
研究了兩種常用但原理不同的分析光柵衍射效率的算法： TEA和FMM（也稱為RCWA）。比較了不同周期的兩種類型的光柵（正弦和閃耀）結(jié)果。
傾斜光柵的參數(shù)優(yōu)化及公差分析
以傅里葉模態(tài)法（FMM）作為參數(shù)優(yōu)化的核心，設(shè)計了一個傾斜光柵來實現(xiàn)高衍射效率將光耦合到光波導(dǎo)中的目的。此外，還分析了包括圓角邊緣在內(nèi)的制造公差。
[VirtualLab] 超稀疏介電納米線柵偏振器
利用傅立葉模態(tài)方法研究了所選納米線柵的偏振、波長和角相關(guān)特性。電場與納米線柵相互作用的可視化被展現(xiàn)出來。
建模任務(wù)
結(jié)果
? 不同結(jié)構(gòu)的反射率vs波長
參考結(jié)果 來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法（FMM）仿真
? 反射率vs波長&入射角
參考結(jié)果來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法（FMM）仿真
? 納米線柵中場可視化
參考結(jié)果來自J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法仿真（動畫）
展開 VirtualLab：超稀疏介電納米線柵偏振器
利用傅立葉模態(tài)方法研究了所選納米線柵的偏振、波長和角相關(guān)特性。電場與納米線柵相互作用的可視化被展現(xiàn)出來。
建模任務(wù)
結(jié)果
□ 不同結(jié)構(gòu)的反射率vs波長
參考結(jié)果 來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法（FMM）仿真
□ 反射率vs波長&入射角
參考結(jié)果來自 J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法（FMM）仿真
□ 納米線柵中場可視化
參考結(jié)果來自J. W. Yoon et al., Opt. Express 23, 28849-28856 (2015)
VirtualLab中用傅里葉模態(tài)法仿真（動畫）
展開 
VirtualLab運(yùn)用：光柵結(jié)構(gòu)中場分布的嚴(yán)格分析
?對于這個仿真，采用傅里葉模態(tài)法。
2.建模任務(wù)2：介質(zhì)光柵
?在Ex (TM)和Ey (TE)偏振光照明下的光柵內(nèi)部場分布的嚴(yán)格仿真。
?對于這個仿真，采用傅里葉模態(tài)法。
3.建模任務(wù)
?VirtualLab的光柵工具箱提供了場內(nèi)部分量分析器，用戶可以對光柵結(jié)構(gòu)中的電磁場分布進(jìn)行嚴(yán)格計算。
?通過該分析器，可以對任意形狀的光柵進(jìn)行研究。
?場分布計算能夠檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱點
4.TE和TM照明線性光柵
5.鉻狹縫的分析
?通過計算場分量，可描述多種場量，如振幅、位相、振幅平方。
?左圖顯示的是Ey方向的振幅平方，由于TE偏振光照明，這是唯一一個不為零的場量。
?對于金屬結(jié)構(gòu)，由于集膚效應(yīng)，場合能量主要位于狹縫（空氣）內(nèi)。
?紅線說明了結(jié)構(gòu)的形狀（手動添加）
6.三角光柵的分析
?左圖為三角介質(zhì)光柵，描述的是TE光照明的Ey分量的振幅平方。
?如果是介質(zhì)光柵結(jié)構(gòu)，場合能量主要集中在光柵脊內(nèi)。
?由于三角高度輪廓是在x-z平面內(nèi)變化，電場的y分量幾乎沒有影響。
?紅線說明了結(jié)構(gòu)的形狀（手動添加）。
?左圖顯示的TM偏振光照明下，Ex分量的振幅平方。
?與TE偏振光照明對比，由于三角光柵形狀，場和能量分布受到強(qiáng)烈的影響。
?紅線說明了結(jié)構(gòu)的形狀（手動添加）。
7.總結(jié)
?VirtualLab的光柵工具箱能夠?qū)θ我庑螤罟鈻沤Y(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格分析。
?內(nèi)部場分量分析器允許計算所研究光柵結(jié)構(gòu)內(nèi)部的所有電磁場分量。
?對于該類型的計算，VirtualLab采用全矢量傅里葉模態(tài)法。
展開 用于光波導(dǎo)耦合的傾斜光柵的分析
建模任務(wù)
衍射效率與相對深度
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
參考文獻(xiàn)：J. Michael Miller, Nicole de Beaucoudrey, Pierre Chavel, Jari Turunen, and Edmond
Cambril, "Design and fabrication of binary slanted surface-relief gratings for a planar optical interconnection," Appl. Opt. 36, 5717-5727 (1997)
衍射效率與傾斜角度
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
參考文獻(xiàn)：J. Michael Miller, Nicole de Beaucoudrey, Pierre Chavel, Jari Turunen, and Edmond Cambril, "Design and fabrication of binary slanted surface-relief gratings for a planar optical interconnection," Appl. Opt. 36, 5717-5727 (1997)
衍射效率與填充因子
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
參考文獻(xiàn)：J.
展開 用于光波導(dǎo)耦合的傾斜光柵的分析
建模任務(wù)
衍射效率與相對深度
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
參考文獻(xiàn)：J. Michael Miller, Nicole de Beaucoudrey, Pierre Chavel, Jari Turunen, and Edmond
Cambril, "Design and fabrication of binary slanted surface-relief gratings for a planar optical interconnection," Appl. Opt. 36, 5717-5727 (1997)
衍射效率與傾斜角度
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
參考文獻(xiàn)：J. Michael Miller, Nicole de Beaucoudrey, Pierre Chavel, Jari Turunen, and Edmond Cambril, "Design and fabrication of binary slanted surface-relief gratings for a planar optical interconnection," Appl. Opt. 36, 5717-5727 (1997)
衍射效率與填充因子
在VirtualLab Fusion中通過傅里葉模態(tài)法（FMM）（也稱為RCWA）進(jìn)行仿真。
參考文獻(xiàn)：J.
展開 Czerny-Turner單色儀&光譜儀的仿真
? VirtualLab的光柵組件可以計算所有期望的衍射級次(包括利用傅里葉模態(tài)法計算衍射效率)。
? 0級衍射并不分散，但2級衍射相對于1級衍射表現(xiàn)出較大的發(fā)散角。
? 通過光柵參數(shù)和光柵方程的計算可發(fā)現(xiàn)重疊為760nm(1級)和380nm(2級)
? 光柵方程：
5. 結(jié)果：光譜分辨率
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run
6. 結(jié)果：分辨鈉的雙波段
? 應(yīng)用所建立單色儀分辨鈉的雙波段特性。
?
設(shè)置的光譜儀可以分辨雙波長。
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run
7. 總結(jié)
模擬并分析了Czerny-Turner單色儀及并將其用于光譜研究中。
1. 仿真
以光線追跡對單色儀核校。
2. 研究
應(yīng)用經(jīng)典場追跡和幾何場追跡+引擎對系統(tǒng)的性能進(jìn)行研究。系統(tǒng)分析中包括采用傅里葉模態(tài)法進(jìn)行光柵效率的嚴(yán)格分析。
3. 應(yīng)用
應(yīng)用真實的Czerny-Turner單色儀分辨了鈉燈的雙波長特性
可以通過使用VirtualLab對復(fù)雜的光譜系統(tǒng),比如Czerny-Turner進(jìn)行詳盡的研究。
擴(kuò)展閱讀
1. 擴(kuò)展閱讀
以下文件給出了在VirtualLab中如何設(shè)置測量系統(tǒng)的更多細(xì)節(jié)。
? 開始視頻
- 光路圖介紹
- 參數(shù)運(yùn)行介紹
- 參數(shù)優(yōu)化介紹
? 其他測量系統(tǒng)示例：
- 馬赫澤德干涉儀(MSY.0001)
- 邁克爾遜干涉儀(MSY.0002)
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