體光柵仿真的案例
[VirtualLab] 用于抑制高衍射級次的角濾波體光柵
摘要
全息體光柵通常是由雙/多光束干涉而制成的，以其波長和角度敏感性而聞名。正因為如此，它們可以被設計為角度截止濾波器。在本例中，根據Bang等人的工作，構造體光柵，分析它們的角度靈敏度，然后在分束DOE系統中使用其中一個光柵作為角濾波器。仿真中給出了不期望的高衍射級的抑制。
建模任務
光柵角透射率分析(5°設計)
光柵角透射率分析(10°設計)
原始分束DOE系統
體光柵的角濾波效應
體光柵的角濾波效應
仿真設置注意事項
? FMM/RCWA仿真設置
- 在本例中，全息體光柵的折射率僅沿z軸變化，而沒有橫向變化。
- 對于這種情況，在FMM / RCWA計算中無需將電磁場擴展為多個空間頻率分量。
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 使用特殊介質構建光柵結構
- 用特殊介質構造光柵結構 [用例]
? 體光柵的嚴格分析
- 全息產生體光柵的嚴格仿真 [用例]
? 復雜系統的光柵建模
- 光學系統中光柵的建模 – 示例討論 [用例]
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
- 全息產生體光柵的嚴格仿真
- 光學系統中光柵的建模 – 示例討論
展開 用于抑制高衍射級次的角濾波體光柵
摘要
全息體光柵通常是由雙/多光束干涉而制成的，以其波長和角度敏感性而聞名。正因為如此，它們可以被設計為角度截止濾波器。在本例中，根據Bang等人的工作，構造體光柵，分析它們的角度靈敏度，然后在分束DOE系統中使用其中一個光柵作為角濾波器。仿真中給出了不期望的高衍射級的抑制。
建模任務
光柵角透射率分析(5°設計)
光柵角透射率分析(10°設計)
原始分束DOE系統
體光柵的角濾波效應
體光柵的角濾波效應
仿真設置注意事項
? FMM/RCWA仿真設置
- 在本例中，全息體光柵的折射率僅沿z軸變化，而沒有橫向變化。
- 對于這種情況，在FMM / RCWA計算中無需將電磁場擴展為多個空間頻率分量。
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 使用特殊介質構建光柵結構
- 用特殊介質構造光柵結構 [用例]
? 體光柵的嚴格分析
- 全息產生體光柵的嚴格仿真 [用例]
? 復雜系統的光柵建模
- 光學系統中光柵的建模 – 示例討論 [用例]
VirtualLab Fusion技術
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延伸閱讀
- 全息產生體光柵的嚴格仿真
- 光學系統中光柵的建模 – 示例討論
展開 雙層石墨烯/砷化鎵的等離子體共振光柵結構光電探測器數值仿真 ￥500
<p>本案例設計了一雙層石墨烯/砷化鎵光柵結構，基于COMSOL軟件的半導體及相關模塊，模擬了石墨烯和砷化鎵之間的載流子分離和轉移異質結區域產生的電磁場分布，如圖1所示，并進一步分析得到不同波長下的吸收率曲線，如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/80019830f9304a1799118885f068db17.gif" alt="Untitled.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 電磁場仿真結果</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/47ce638fc01b4bf3972ae6a3aec043ea.png" alt="Untitled2.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖2 吸收率隨波長變化曲線</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p><p><br></p>
展開 GLAD應用：體全息光柵模擬
模擬結果
通過將干涉圖樣轉換為相位屏，GLAD能夠模擬體全息光柵。在本例中，兩束具有一定夾角的準直光束形成了干涉圖樣。該干涉圖樣對應的強度分布被轉化為相位調制分布。從而用于模擬全息記錄介質中形成的梯度折射率分布。體全息結構一旦形成，就可以在傳輸過程中將一束入射光波逐漸轉換成形成體全息結構的另一束光波。兩束光波之間的能量傳遞轉換效率與體全息結構的厚度密切相關。若厚度很薄，則入射光波轉化為另一束的效率很低，隨著厚度逐漸增加，轉換效率也隨之增加。到某一厚度時轉換效率最大，入射光束完全轉換為另一束。但是隨著厚度的進一步增加，能量又會轉換回到入射光束。
系統描述
1990年,由Barbastathis和Brady提出體全息成像技術，采用體全息光柵作為選擇成像元件，對物體進行實時三維成像。與采用常規光學透鏡的成像系統相比，體全息成像技術僅利用一個厚型體全息圖(或稱為體全息光柵透鏡)作為對物場不同深度層進行選擇成像的衍射元件，可以使得三維物場信息按照光學斷層切片方式逐片地重構成像，不同的斷層切片對應于三維物空間上軸向的不同位置。因此，采用體全息成像方法既可以研究靜態物體的高度與外形輪廓的變化，以及半透明物體(具有一定的折射率和吸收系數)的內部變化，又可以研究散射微粒的空間動態物場分布。特別值得一提的是體全息成像系統還可以獲取光譜信息，即它能夠將物體不同顏色的部分像彩虹一樣分開，因而還可以在像面不同位置處分別獲取待測物體的光譜信息。
自從伽伯1948年提出全息術后，光學全息術已經被廣泛用于三維光學成像領域。體全息成像技術是采用體全息光柵作為成像元件對物體進行三維成像的技術。
展開 
全息生成的體光柵的嚴格模擬
摘要
全息生成的體光柵厚度遠大于波長，通常在波長和角度附近顯示出窄帶寬。 經過兩束干涉光曝光過程之后，可生成一個熔融石英內部的體光柵，并在VirtualLab Fusion中使用嚴格的傅里葉模態方法（FMM）進行模擬。 本案例分析了光柵的光譜和角度的相關反射特性。
任務描述
衍射效率與波長的關系
衍射效率與入射角的關系
文件信息
更多閱覽
-Configuration of Grating Structures by Using Special Media
[VirtualLab] 全息生成的體光柵的嚴格模擬
摘要
全息生成的體光柵厚度遠大于波長，通常在波長和角度附近顯示出窄帶寬。 經過兩束干涉光曝光過程之后，可生成一個熔融石英內部的體光柵，并在VirtualLab Fusion中使用嚴格的傅里葉模態方法（FMM）進行模擬。 本案例分析了光柵的光譜和角度的相關反射特性。
任務描述
衍射效率與波長的關系
衍射效率與入射角的關系
文件信息
更多閱覽
- Configuration of Grating Structures by Using Special Media
[NEWSLETTER] 用體光柵作角度濾波器
體光柵由于其高光譜靈敏性和角度靈敏度，可以設計成光譜濾波器或角度濾波器。根據K.Bang等人的工作，我們在VirtualLab Fusion中構造了這樣的體光柵，并分析了它們的角度響應。與傳統的采用4-f系統的空間濾波相比，體光柵可以緊湊地集成在復雜的系統中。作為一個例子，我們用一個體光柵來抑制DOE的高階衍射，并證明了這種抑制效果。
抑制高階衍射的角濾波體光柵
我們構造了一個角濾波體光柵，并將其應用于一個系統中，以抑制來自分束器DOE不需要的高階衍射。
光學系統中光柵的建模——實例討論
通過典型的例子，我們解釋了如何在系統中建立光柵模型，并討論了諸如光柵排列、光柵級次選擇和角度響應設置等問題。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 VirtualLab Fusion 對全息體光柵的精確建模
成像系統＞內置光柵
任務/系統描述
亮點
? 通過模擬一個曝光過程來生成體光柵
? 嚴格分析光柵衍射效率
說明：光源
說明：體光柵
說明：探測器
結果：反射的波長依賴性
結果：反射的角度依賴性
文件&技術信息
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實（VR）和增強現實（AR）的頭戴型顯示器（HMD）和抬頭顯示器（HUD）等系統非常重要。
本文解釋了模型中使用的理論和參數，并介紹了5個系統范例。
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。
下載
聯系工作人員獲取附件。
轉發本文至朋友圈并截圖可查看如下視頻演示。
簡介
體全息在許多類型的光學系統中很受歡迎，例如：抬頭顯示器（HUD）、增強現實（AR）和虛擬現實（VR）的頭戴式顯示器（HMD）。全息能夠將光線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造更輕、更緊密的光學系統。
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。考慮衍射效率使用戶能夠進行圖像模擬和綜合優化等高級分析。
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）的區別。這兩種光柵在光學系統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，但光柵內部的折射率是正弦調變的。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 用體光柵作角度濾波器
體光柵由于其高光譜靈敏性和角度靈敏度，可以設計成光譜濾波器或角度濾波器。根據K.Bang等人的工作，我們在VirtualLab Fusion中構造了這樣的體光柵，并分析了它們的角度響應。與傳統的采用4-f系統的空間濾波相比，體光柵可以緊湊地集成在復雜的系統中。作為一個例子，我們用一個體光柵來抑制DOE的高階衍射，并證明了這種抑制效果。
抑制高階衍射的角濾波體光柵
我們構造了一個角濾波體光柵，并將其應用于一個系統中，以抑制來自分束器DOE不需要的高階衍射。
光學系統中光柵的建模——實例討論
\ 通過典型的例子，我們解釋了如何在系統中建立光柵模型，并討論了諸如光柵排列、光柵級次選擇和角度響應設置等問題。
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展開 基于體全息光學元件可聚焦光伏光譜分裂系統的光柵-透鏡
摘要
在光柵-透鏡光譜分裂設計中，平面透射光柵設置在平凸透鏡的入口處。入射太陽光譜的一部分在偏離透鏡法線15-30°處衍射。衍射光譜區域在離軸點處聚焦，而未衍射光譜在透鏡的光軸上聚焦。由于衍射波是平面的和離軸的，離軸焦點受像差影響，增加了系統損耗。場曲、色差和球差使用散焦和彎曲焦平面（用每個光伏接收器近似）來補償。通過修改在構造全息圖中使用的離軸波前來校正彗差。在本文中，我們分析了通過共軛對象光束修正離軸波前記錄的非平面透射光柵的使用。發散源用作共軛對象和參考光束。球面波入射在透鏡處，并且光柵被記錄在太陽能集中器的入口孔處。調整軸上光源，在全息圖平面上產生軸上平面波前。離軸光源近似為在全息圖平面上產生非平面離軸波前的衍射受限光斑。基于平面AM1.5光譜的照明在焦平面上再現離軸衍射受限點。本文介紹了光線追跡和耦合波理論仿真，用于量化通過像差校正實現的損失減少。
關鍵詞：光譜分裂；全息；太陽能；聚焦光伏；像差補償；光管理；損耗減少
1. 簡介
圖1.多能隙結構（a）串聯（堆棧或垂直）和橫向：（b）色散（c）反射
在單光伏（PV）結器件中，低于能隙的光子能量不能被吸收。相反，超過能隙的光子能量被部分地轉換成電功率，其余能量在PV器件內被熱化。入射到能隙能量的不匹配從根本上限制了（Shockley-Queisser單個能隙極限）單結系統的效率[1]。頻譜分裂技術可以根據光譜匹配能隙將入射光子分配到多個結來達到更高的效率[2]。使用光譜分裂系統（SSS），光學系統將入射光子空間上分布到光譜匹配的能隙，以減少入射到能隙能量失配損失。
多結系統通常利用能隙的串聯或堆棧（單片）布置來實現，如圖1（a）[3]所示。以能隙能量降低的順序堆疊結，在頂部具有最高的能隙（第一個入射）。上層結作為下層單元的紅色通帶濾波器。
展開 
OAS 體全息光柵案例來解決
wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p class="ql-align-center">圖1.1.根據數據生成體光柵ZX折射率分布</p><p><br></p><p>光柵波矢的方向取決于入射光的波矢，根據不同的光波參數可以調整體全息光柵對應的角度選擇性和波長選擇性。</p><p>在經過上述這樣的一個干涉記錄的過程，實際生產中通過曝光，然后進行顯影漂白。軟件中可以直接計算仿真出不同參數下的體光柵折射率分布，也可以模擬真實的曝光過程，使整體的模型和折射率空間分布更加接近真實的情況。</p><p class="ql-align-center"><br></p><p><br></p><p><strong>體全息光柵分析</strong></p><p>體全息光柵作為關鍵的一個衍射光學元件，其性能會直接影響 AR 顯示、光通信等應用的最終效果，包括體全息光柵衍射效率測量、角度和波長的選擇性等評估。</p><p>對于上述參數生成的體全息光柵模型，如圖1.2 所示，其在x方向的周期為507.61nm。軟件中使用波長為640nm (體全息光柵的設計波長) 的平行光入射到體全息光柵上，通過軟件測量其反射-1級衍射效率，對不同的入射角、波長以及入射光的偏振態進行相應分析，觀察體全息光柵的物理特性。
展開 VirtualLab Fusion應用：用于抑制高衍射級次的角濾波體光柵
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。因此，它們可以被設計成角度截止濾波器。
VirtualLab Fusion應用：用于抑制高衍射級次的角濾波體光柵
摘要
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。因此，它們可以被設計成角度截止濾波器。
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。
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。
建模任務
volume grating parameters from K. Bang, et al., Opt. Lett. 44, 2133-2136 (2019)
衍射光學元件 (DOE)
Microstructure Component允許通過先進的TEA（薄單元近似）對衍射結構進行建模。在我們的例子中，分束器DOE是作為采樣插入面給出的。該插入面可以轉換為Stack，然后加載到Microstructure Component中。
體全息光柵（VHG）
光柵組件提供專門的體光柵介質來模擬VHG:
- 在General Grating Optical Setup中使用General Grating Component來研究 VHG 的特性，如角度依賴性。
展開 VirtualLab Fusion應用：用于抑制高衍射級次的角濾波體光柵
摘要
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。因此，它們可以被設計成角度截止濾波器。
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。
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。
建模任務
volume grating parameters from K. Bang, et al., Opt. Lett. 44, 2133-2136 (2019)
衍射光學元件 (DOE)
Microstructure Component允許通過先進的TEA（薄單元近似）對衍射結構進行建模。在我們的例子中，分束器DOE是作為采樣插入面給出的。該插入面可以轉換為Stack，然后加載到Microstructure Component中。
體全息光柵（VHG）
光柵組件提供專門的體光柵介質來模擬VHG:
- 在General Grating Optical Setup中使用General Grating Component來研究 VHG 的特性，如角度依賴性。
- 然后將介質導入常規Optical Setup的Grating Component，模擬包括 DOE 在內的整個系統。
更多信息請點擊：Holographically Generated Volume Grating
角度透射率分析
帶 VHG 的光束分束系統分析
體光柵的角濾波效應
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