非近轴衍射分束器的设计与严格分析

摘要

直接设计非近轴衍射分束器仍然是一个挑战。由于衍射角相当大，元件的特征尺寸与工作波长在相同的数量级上。因此，设计过程超出了近轴建模方法。因此，在这个例子中，迭代傅里叶变换算法(IFTA)和薄元素近似(TEA)用于衍射元素的初始设计结构，和傅里叶模态方法(FMM)随后应用于严格的性能评估。
 

 

设计任务

使用近轴近似的衍射1：7×7分束器的初步设计通过严格分析，进一步优化零阶均匀性和影响
 

光栅级次分析模块设置

                       

使用常规的分束器会话2编辑器，VirtualLabFusion提供了一个指导工具，允许用户一步一步地指定所有影响分束器设计的参数。

 

 

1. 通过应用设计带中的结构设计，所得到的传输函数可以转换为结构轮廓。

2. 对于此转换，使用了薄元近似(TEA)。因此，所得到的结构与初始相位函数成正比。

3. VirtualLab Fusion提供计算出的形式已经预设在光路中。

4. 要在不同的模拟场景中使用这种结构，需要从组件内部获取实际的采样表面或指定的堆栈。

 

衍射分束器表面



为了进一步评估，使用了通用光栅光学设置，其中加载之前保存的堆栈。光栅光学装置提供了独特的工具、组件和分析仪，以进一步研究给定周期结构的特性和性能。
 

 

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衍射光束求解器-薄元素近似(TEA)

 

 一般光栅组件提供了薄元近似(TEA)和傅里叶模态方法(FMM)作为解决模型给定的光栅。 

 薄元近似通常产生更快的结果，当结构小于波长的5倍,可能有精度问题，。 

 傅里叶模态方法允许一个严格的模拟，但需要更高的数值计算。

 

光栅级次和可编程光栅分析仪


光栅级次分析仪提供了所有衍射阶的效率的概述，作为许多可能的输出。

使用可编程光栅分析仪，用户可以指定应计算的值。例如:总效率、均匀性误差、0阶效率
 

 

设计与评估结果

相位功能设计

结构设计

TEA评价

FMM评估

高度标度（公差）

通用设置
 

提供多次运行文档，允许用户执行任意数量的设计，并提供根据特定标准筛选结果的选项。

通过这种方法获得了以下三个结果：我们将对其进行进一步评估。

纯相位传输设计

 

结构设计


 

 

更深的分析

•高度剖面的缩放对零阶有很大影响。

•可以利用这一点来纠正零阶不期望的效率，从而改善均匀性。

•参数运行是执行此类调查的最佳工具。
 

使用TEA进行性能评估


 

 

使用FMM进行性能评估

 

进一步优化–设计#1的零阶阶次优化
 

进一步优化–设计#2的零阶阶次优化


 

 

 

进一步优化–设计#3的零阶阶次优化


 

 

 

VirtualLab Fusion技术