6. 光栅方向的设置
为分析配置的光栅,通过倾斜光栅控制光线的入射角。
光学组件的倾斜可在位置/方向(Page/Orientation)页面设置。
可有多种方式定义方向角(详见帮助/用户手册)。
该案例中的倾斜角与反射波的圆形入射角 Alpha(Quant)相一致,符号为负号。(输入-59.907°)
7. 傅里叶模态法的设置
改变FMM 的参数设置可通过传播(Propagation)页面>传播方法(Propagation Method)标签。
点击编辑可编辑倏逝级数,该参数应该在 FMM 编辑中加以考虑。
VirtualLab 的自动设置通常包括一个适当的级数。可通过减小该值节省计算所需时间。
25 个倏逝波级次基本上适用于所有的电介质光栅结构。
严格的处理需要对结构进行离散化,如折射率调制。
可通过传播页面> 高级设置标签改变离散参数。
利用二元层和转折点可以自动离散。
改变精度因子可增加层数和转换点数目, 并可获得更高的数值精度但会增加计算量。
本例中离散化信息显示在页面的底部
8. 全息/体光栅的设置
为了抑制插入空气和熔融石英面的折射和多重反射,将全息光栅的前后介质也都设置为熔融石英。
点击光路视图中确定材料的编辑按钮,从材料库中选择熔融石英。
当地一个自由空间介质发生改变,VirtualLab自动改变所有其他的相似介质,假设第一项定义总的嵌入介质。(当然也可修改其他介质)
9. 光源设置
10. 光栅效率的严格分析
VirtualLab光栅工具箱提供了光栅级次分析器, 可严格计算光栅衍射效率。
通过使用分析器,也可分别计算出现的每一个衍射级次的效率。
为设置分析器,双击该组件
11. 光栅效率的计算
对于本示例中, 只需要通过极坐标图中输出即可。
因此,仅需选择 X-Z 平面极坐标图工具箱
为计算定义的体光栅衍射效率,选择光路编辑器中的光栅级次分析器,并点击GO!
12. 计算结果
计算出的衍射效率可通过极坐标图表示,包含所有传播的衍射级次及其衍射角和衍射效率。
因为使用小测试周期而可量化角度,物波出现小的偏差(-1级次)。
由于波长的转换,系统衍射效率变低。
13. 波长依赖性的分析
通过选择 VirtualLab 中的参数运行功能可以改变参数。光路—>新参数运行。
点击下一步,选择波长。
设置第 81 步波长范围630nm 至650nm。
点击两次下一步
然后只选择光栅分析器(不选择虚拟屏)
再次点击下一步,然后GO!。
14. 计算结果—波长关系
图片描述了计算-1 级次的反射效率与波长的关系。
由于局部改变(平均)折射率,最大波场反射率发生微量改变
衍射效率 最大值 在644.25nm处(70.3%)。
15. 波长变化补偿
平面波光源改为644.25nm(双击光路图中的光源组件) 。
修改后的波长用于下一步的研究, 以补偿折射率变化引起的波长偏移。
16. 角度依赖的分析
通过使用VirtualLab中的参数运行功能可以改变入射角度。光路—>新参数运行。
点击下一步并选择体光栅的Cartesian Angle Alpha 坐标系。
设置角度范围为-60.8°到-58.8°,步数为41步(每步0.05°)。
点击两次下一步。
选择光栅级次分析器(虚拟屏不勾选)。
再一次点击下一步并点击Go!
上图所示为+1 衍射级次(物波)反射效率与光源入射角度的关系;
当角度为 59.9°是可以获取最大的效率(70.3%),与 Alpha(Quant)一致;
所选的测试周期(Test Period)(及所对应的Alpha(Quant))影响了最大的反射角度,因此必须将其考虑在内。
17. 偏振依赖性分析
一般来说,光栅的衍射效率取决于作用光的偏振状态。
通过改变光路图中平面波光源的偏振角, 可以计算其效果。
例如,下一步,偏振态由TM (0°) 改变为 TE (90°)。
TM (左) 和 TE (右)偏振光的角谱与反射效率之间的关系。
最大反射角由结构参数决定,因此是不变的,但最大值(70.3%vs95.9%)和角谱宽度都不同。
18. 总结
利用VirtualLab可以模拟和分析全息体光栅。
一个折射率周期变化的体光栅介质可用于定义2维全息光栅。
嵌入的体光栅能够指定干涉图样,该干涉图样可由两个或多个干涉光波生成,并且可以模拟不同的曝光过程。
为分析全息光栅,VirtualLab中采用全矢量的傅里叶模态法。
利用参数运行功能可以研究波长、入射角和偏振态之间的关系。
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