光柵效率分析的案例
VirtualLab運用：受粗糙光柵表面影響的光柵級次效率分析
該案例介紹了一個正弦光柵的仿真，該光柵表面具有隨機變化的粗糙度結(jié)構(gòu)。此外，分析了對衍射級次的影響，特別是衍射效率。
1.建模任務(wù)
?一個正弦光柵不同衍射級次的嚴(yán)格分析和優(yōu)化。
?對于該仿真，采用傅里葉模態(tài)法。
2.建模任務(wù)：正弦光柵
x-z方向(截面視圖)
光柵參數(shù)：
?周期：0.908um
?高度：1.15um
(這些參數(shù)提供了一個具有均勻分布傳輸效率0級和±1級衍射級次，詳見案例341)
3.建模任務(wù)
?VirtualLab光柵工具箱提供的光柵級次分析器，可對光柵衍射效率進(jìn)行嚴(yán)格的計算。
?利用該分析器，也可以分別計算出現(xiàn)的每個衍射級次的衍射效率。
4.光滑結(jié)構(gòu)的分析
?計算衍射效率后，結(jié)果可在級次采集圖中顯示。
?對于光滑結(jié)構(gòu)，參數(shù)平穩(wěn)，0級和±1衍射級次的傳輸效率大約為32%
5.增加一個粗糙表面
?VirtualLab光柵工具箱可將兩個界面進(jìn)行組合(如添加)。
?因此任意光柵形狀(如正弦光柵)可以與粗糙表面組合，形成粗糙光柵面型。
?該粗糙面有可通過幾個選項來實現(xiàn)表面的變化(如周期化)。
?第一個重要的物理參數(shù)稱為”最小特征尺寸”。
?第二個重要的物理參數(shù)是定義”總調(diào)制高度”。
展開 高衍射效率的偏振無關(guān)透射光柵的分析與設(shè)計
光柵，特別是具有與波長相當(dāng)?shù)奶卣鞒叽绲?em>光柵，具有偏振相關(guān)的光學(xué)特性。 這使得設(shè)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(xiàn)[T. Clausnitzer, et al，Proc. SPIE 5252,174-182（2003）]中報道的概念，我們展示了如何嚴(yán)格分析光柵的偏振相關(guān)特性，以及如何使用參數(shù)優(yōu)化來設(shè)計具有高衍射效率的偏振無關(guān)光柵。
摘要
VirtualLab運用：線性正弦光柵的的近場和效率分析
■ 由于共振效應(yīng)，具有小尺寸結(jié)構(gòu)的光柵不在產(chǎn)生正弦位相分布。
■ 振幅同樣劇烈地改變。
■ 此時變化范圍從0.2 ~ 1.2.
■ 這是光柵周期趨近于波長量級時的典型現(xiàn)象。
說明
該案例中波長532nm,光柵周期1um，即結(jié)構(gòu)在波長范圍內(nèi)，通常要求采用傅里葉模態(tài)法進(jìn)行嚴(yán)格分析。
因此VirtualLab非常適合這樣的研究工作。
此次僅計算3個反射級次和5個透射級次。因此分析速度很快。
不同變倍比顯示
數(shù)值的表格顯示
總結(jié)
■ VirtualLab可對表面光柵進(jìn)行嚴(yán)格仿真。
■ 利用光柵工具箱，用戶可將嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法作為傳播技術(shù)和強大的計算工具，如對光柵近場和衍射效率的計算。
展開 高衍射效率的偏振無關(guān)透射光柵的分析與設(shè)計
摘要
光柵，特別是具有與波長相當(dāng)?shù)奶卣鞒叽绲?em>光柵，具有偏振相關(guān)的光學(xué)特性。 這使得設(shè)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(xiàn)[T. Clausnitzer, et al，Proc. SPIE 5252,174-182（2003）]中報道的概念，我們展示了如何嚴(yán)格分析光柵的偏振相關(guān)特性，以及如何使用參數(shù)優(yōu)化來設(shè)計具有高衍射效率的偏振無關(guān)光柵。
VirtualLab Fusion高衍射效率的偏振無關(guān)透射光柵的分析與設(shè)計
摘要
光柵，特別是具有與波長相當(dāng)?shù)奶卣鞒叽绲?em>光柵，具有偏振相關(guān)的光學(xué)特性。 這使得設(shè)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(xiàn)[T. Clausnitzer, et al，Proc. SPIE 5252,174-182（2003）]中報道的概念，我們展示了如何嚴(yán)格分析光柵的偏振相關(guān)特性，以及如何使用參數(shù)優(yōu)化來設(shè)計具有高衍射效率的偏振無關(guān)光柵。
設(shè)計任務(wù)
光柵特性與參數(shù)的嚴(yán)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(guān)衍射特性
偏振相關(guān)衍射特性
偏振相關(guān)衍射特性
基于參數(shù)優(yōu)化的光柵設(shè)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(shè)計＃1
二維參數(shù)優(yōu)化 - 設(shè)計＃2
制造公差分析 - 設(shè)計＃2
不同光柵周期的三維參數(shù)優(yōu)化
制造公差分析
走進(jìn)VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion 工作流程
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
展開 鍍膜正弦光柵中光衍射的精確模擬
案例246.01：鍍膜正弦光柵中光衍射的精確模擬
這個案例演示了對于鍍膜光柵的嚴(yán)格模擬，它說明了鍍膜對所有反射級次的總反射效率的影響。
關(guān)鍵詞：嚴(yán)格分析，F(xiàn)MM，正弦光柵，鍍膜
所需工具箱子：光柵工具箱
相關(guān)案例：G.001a,Scenario 104.01
建模任務(wù)
加載例子文件‘246.01_Sinusoidal_Grating_with_Coating.lpd’,例子文件包含一個正弦光柵，使用光柵效率分析器分析光柵。
雙擊General 2D Grating component選擇Struture Function 頁面，打開編輯對話框，添加光柵。
為了在嚴(yán)格模擬時添加鍍膜，必須將堆棧作為一個序列的表面和材料添加進(jìn)來。點擊Stack Tools,選擇Insert Coating。
選擇光學(xué)界面no.1作為鍍膜表面。點擊 按鈕來載入膜層目錄。
選擇Light Trans Defined catalogs和Standard-HR catalog,點選Stack01_632.8nm。選擇OK關(guān)閉對Edit Coating Tool話框。
堆棧編輯器包含頂層表面的膜層。點擊OK關(guān)閉堆棧編輯器。點擊底部的OK按鈕來關(guān)閉元件對話框。使用光柵效率分析器分析光柵。
X線偏振光模擬結(jié)果：
探測器主窗口中可以看到結(jié)果信息，鍍膜后的反射率顯著加強。
在Ideal Plane Wave 光源編輯對話框中改變偏振態(tài)為y方向線偏光。這里有兩個預(yù)先設(shè)置好的例子文件來演示y線偏光。
Y線偏光模擬結(jié)果
對于y線偏光同樣鍍膜會顯著增加反射率。
展開 傾斜光柵的參數(shù)優(yōu)化與容差分析
對于這些應(yīng)用，傾斜光柵因為能夠高效地耦合單色光而被熟知。在此示例中，介紹了使用嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法（FMM，也稱為RCWA）對傾斜光柵進(jìn)行優(yōu)化。對于給定的方向級次，優(yōu)化的光柵展示出超過90％的衍射效率。此外，還研究了斜率偏差和光柵圓角的影響。
設(shè)計任務(wù)
1級參數(shù)優(yōu)化
結(jié)果-容差分析
結(jié)果-容差分析
VirtualLab Fusion一瞥
VirtualLab Fusion中的工作流程
構(gòu)建光柵結(jié)構(gòu)
?使用特殊材料的光柵結(jié)構(gòu)設(shè)定[用例]
?傾斜光柵高級設(shè)定[用例]
?光柵衍射效率分析
?光柵階序分析器[用例]
?使用參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行光柵參數(shù)優(yōu)化
?使用參數(shù)運行的容差分析
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
更多閱讀
- Parametric Optimization and Tolerance Analysis of Slanted Gratings
- Optimization of Lightguide Coupling Grating for Single Incidence Direction
展開 [VirtualLab] 傾斜光柵的參數(shù)優(yōu)化與容差分析
對于這些應(yīng)用，傾斜光柵因為能夠高效地耦合單色光而被熟知。在此示例中，介紹了使用嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法（FMM，也稱為RCWA）對傾斜光柵進(jìn)行優(yōu)化。對于給定的方向級次，優(yōu)化的光柵展示出超過90％的衍射效率。此外，還研究了斜率偏差和光柵圓角的影響。
設(shè)計任務(wù)
1級參數(shù)優(yōu)化
結(jié)果-容差分析
結(jié)果-容差分析
VirtualLab Fusion一瞥
VirtualLab Fusion中的工作流程
構(gòu)建光柵結(jié)構(gòu)
?使用特殊材料的光柵結(jié)構(gòu)設(shè)定 [用例]
?傾斜光柵高級設(shè)定 [用例]
?光柵衍射效率分析
?光柵階序分析器 [用例]
?使用參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行光柵參數(shù)優(yōu)化
?使用參數(shù)運行的容差分析
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
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- Parametric Optimization and Tolerance Analysis of Slanted Gratings
- Optimization of Lightguide Coupling Grating for Single Incidence Direction
展開 傾斜光柵的參數(shù)優(yōu)化與容差分析
對于這些應(yīng)用，傾斜光柵因為能夠高效地耦合單色光而被熟知。在此示例中，介紹了使用嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法（FMM，也稱為RCWA）對傾斜光柵進(jìn)行優(yōu)化。對于給定的方向級次，優(yōu)化的光柵展示出超過90％的衍射效率。此外，還研究了斜率偏差和光柵圓角的影響。
設(shè)計任務(wù)
1級參數(shù)優(yōu)化
結(jié)果-容差分析
結(jié)果-容差分析
VirtualLab Fusion一瞥
VirtualLab Fusion中的工作流程
構(gòu)建光柵結(jié)構(gòu)
?使用特殊材料的光柵結(jié)構(gòu)設(shè)定[用例]
?傾斜光柵高級設(shè)定[用例]
?光柵衍射效率分析
?光柵階序分析器[用例]
?使用參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行光柵參數(shù)優(yōu)化
?使用參數(shù)運行的容差分析
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
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- Parametric Optimization and Tolerance Analysis of Slanted Gratings
- Optimization of Lightguide Coupling Grating for Single Incidence Direction
展開 VirtualLab Fusion 用于光波導(dǎo)耦合的傾斜光柵分析
摘要
因其在確定衍射級上的高衍射效率，傾斜光柵廣泛用于將光耦合到光波導(dǎo)中。如今，傾斜光柵廣泛用于增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實應(yīng)用中。本示例中將示范如何使用VirtualLab Fusion分析文獻(xiàn)中具有特定參數(shù)的某些傾斜光柵的幾何形狀（例如傾斜角、填充因子和調(diào)制深度）。 另外，研究了不同入射角對衍射效率的影響。
2. 建模任務(wù)
3. 衍射效率vs.相對深度
4. 衍射效率vs.傾斜角
5. 衍射效率vs. 填充因子
6. 衍射效率vs.變化的入射角
7. 走進(jìn)VirtualLab Fusion
8. VirtualLab Fusion 的工作流程
光波導(dǎo)耦合光柵結(jié)構(gòu)的配置
傾斜光柵的高級配置 [使用案例]
使用特殊材料的光柵結(jié)構(gòu)配置 [使用案例]
使用界面的光柵結(jié)構(gòu)配置 [使用案例]
耦合光柵衍射效率分析
自定義的光波導(dǎo)耦合光柵評價探測器 [使用案例]
通過掃描特定的參數(shù)來檢查效率
參數(shù)運行的使用 [使用案例]
9. VirtualLab Fusion 技術(shù)
10. 文件信息
更多閱讀
- Parametric Optimization and Tolerance Analysis of Slanted Gratings
- Configuration of Grating Structures by Using Special Media
展開 用于光波導(dǎo)耦合的傾斜光柵分析
摘要
因其在確定衍射級上的高衍射效率，傾斜光柵廣泛用于將光耦合到光波導(dǎo)中。如今，傾斜光柵廣泛用于增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實應(yīng)用中。本示例中將示范如何使用VirtualLab Fusion分析文獻(xiàn)中具有特定參數(shù)的某些傾斜光柵的幾何形狀（例如傾斜角、填充因子和調(diào)制深度）。 另外，研究了不同入射角對衍射效率的影響。
2. 建模任務(wù)
3. 衍射效率vs.相對深度
4. 衍射效率vs.傾斜角
5. 衍射效率vs. 填充因子
6. 衍射效率vs.變化的入射角
7. 走進(jìn)VirtualLab Fusion
8. VirtualLab Fusion 的工作流程
光波導(dǎo)耦合光柵結(jié)構(gòu)的配置
傾斜光柵的高級配置 [使用案例]
使用特殊材料的光柵結(jié)構(gòu)配置 [使用案例]
使用界面的光柵結(jié)構(gòu)配置 [使用案例]
耦合光柵衍射效率分析
自定義的光波導(dǎo)耦合光柵評價探測器 [使用案例]
通過掃描特定的參數(shù)來檢查效率
參數(shù)運行的使用 [使用案例]
9. VirtualLab Fusion 技術(shù)
10. 文件信息
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- Parametric Optimization and Tolerance Analysis of Slanted Gratings
- Configuration of Grating Structures by Using Special Media
展開 
使用VirtualLab Fusion對閃耀光柵分析
光譜儀通常由閃耀光柵和反射鏡組成。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 三維（3D）光柵建模教程
新建參數(shù)遍歷(New Parameter Run)，將衍射級數(shù)目設(shè)置為變量，逐步增加衍射級數(shù)目，使用光柵衍射效率分析器(Grating Efficiency Analyzer)確定要獲得真實可信的結(jié)果（衍射效率達(dá)到收斂時）所需要用到的衍射級數(shù)目。操作如下圖：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
PS：由反射率和迭代步數(shù)之間的曲線圖可以看出，當(dāng)衍射級次數(shù)為21時，計算的結(jié)果趨于穩(wěn)定，即結(jié)果收斂
10. 調(diào)整衍射級數(shù)目，進(jìn)入光柵編輯窗口中的傳播(Propagation)子界面，將X和Y方向上的的衍射級數(shù)目都改為21
11. 進(jìn)行近場計算，通過點擊Go! ，計算光柵的透射場和反射場
左邊為以鉻介質(zhì)構(gòu)建的三維光柵透射場，右邊為反射場
12. 光柵效率計算，雙擊 ，進(jìn)入光柵衍射效率分析器（Grating Efficiency Analyzer (3D)），設(shè)置如下
13. 將模擬類型改成光柵衍射效率分析器，點擊Go，開始進(jìn)行光柵效率計算
光柵衍射效率分析器計算結(jié)果：左邊為透射效率，右邊為反射效率
三維光柵總的反射效率，透射效率以及吸收率
展開 ZEMAX | 利用RCWA方法模擬表面浮雕光柵的衍射效率
如圖1(b)所示的VHG是通過在感光乳膠膜上曝光兩束或更多光束來制造的，然后用化學(xué)或熱顯影方法處理制成光柵。體全息光柵表面光滑，但其內(nèi)部的折射率呈正弦變化。需要使用高效的Kogelnik理論 [2] 或增強型的嚴(yán)格耦合波分析等算法來模擬VHG。
OpticStudio提供了用于模擬SAR和VHG的DLL。本文介紹了用于模擬SRG衍射效率的工具。
用于VHG的工具，參見知識庫文章， 使用Kogelnik方法模擬體全息光柵的衍射效率 。
傅里葉模態(tài)法（嚴(yán)格耦合波分析）
讓我們快速回顧一下用于模擬SRG 的DLL中使用的理論。
傅里葉展開式
圖2. 在傅里葉空間展開麥克斯韋方程。將介電常數(shù) ε 和磁導(dǎo)率 μ 都寫入傅里葉級數(shù)中， Λx和 Λy為x和y方向的周期，a和b是每個傅里葉項的系數(shù)，(m, n)是整數(shù)。將電場E和磁場H寫成平面波的組合，其中S和U是每個平面波的強度，k是波矢量。E 、 H 、S 、 U 和 k都是向量，表示 (Ex,Ey,Ez), (Hx,Hy,Hz), (Sx,Sy,Sz), (Ux,Uy,Uz) 和 (kx,ky,kz)。
Concept of layers
層的概念
層是RCWA中的重要概念。該理論假設(shè)光柵結(jié)構(gòu)在z方向上是均勻分布的，在X、Y方向上是周期性分布的。如果該結(jié)構(gòu)在Z方向上不是均勻分布，則認(rèn)為該結(jié)構(gòu)是多個“層”的組合。每一層上的結(jié)構(gòu)在z方向上是均勻分布的，如圖3所示。
圖3. 在RCWA算法中，將微結(jié)構(gòu)分割成許多層，每一層的結(jié)構(gòu)在z方向上是均勻的。
一般而言，對結(jié)構(gòu)的采樣層數(shù)越多，模擬結(jié)果越準(zhǔn)確，但計算速度也越慢。這是準(zhǔn)確性和速度之間的平衡。
DLL模型包含控制層數(shù)的參數(shù)。
展開 [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(dǎo)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(jìn)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(guān)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(yán)格化）。
2.建模任務(wù)
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(shè)置
1.理想光柵效率設(shè)置
所有級次的光柵效率設(shè)置
2.可編程效率設(shè)置
所有級次的光柵效率設(shè)置
?效率的可編程選項使用與恒定選項相同的假設(shè)（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(yīng)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(shè)置
?在對真實光柵運行一次模擬后，關(guān)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(fù)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(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)被修改（波長、平面波方向），當(dāng)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(gòu)的配置
5.場追跡仿真
6.文檔信息
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