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如何將光柵數(shù)據(jù)從Lumerical導(dǎo)入至OpticStudio(下)

發(fā)布日期:
2024-04-09

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本文介紹了一種使用Ansys Zemax OpticStudio和Lumerical RCWA在整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中精確仿真1D/2D光柵的靜態(tài)工作流程。將首先簡(jiǎn)要介紹方法。然后解釋有關(guān)如何建立系統(tǒng)的詳細(xì)信息。


本篇內(nèi)容將分為上下兩部分,上部將首先簡(jiǎn)要介紹方法工作流,下部將詳細(xì)闡述示例部分。


介紹


在此工作流程中,設(shè)計(jì)人員首先在Lumerical FDTD或RCWA中模擬光柵,然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到擴(kuò)展名為json的文件。在OpticStudio中,用戶可以導(dǎo)入這些數(shù)據(jù),以精確模擬在整個(gè)宏觀系統(tǒng)中的光柵特性。


示例


本文提供了8個(gè)示例供用戶參考。第一個(gè)示例是用于演示如何建立光柵的簡(jiǎn)單光柵。接下來的3個(gè)示例(2-4)演示了json示例。最后4個(gè)示例(5-8)模擬了CMOS背向衍射效應(yīng)。該系統(tǒng)包含一個(gè)手機(jī)鏡頭模型和一個(gè)衍射表面,該表面讀取一個(gè)json文件,用于模擬CMOS傳感器上的背向衍射效應(yīng)。


1. Simple_period_4um-2023R1.zar

在此示例中,請(qǐng)?zhí)貏e檢查我們對(duì)光源使用的波長是否與.json文件中定義的波長相同。此外,衍射面兩側(cè)的折射率也應(yīng)與.json文件中定義的相同。

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2. triangular_lattice_reflector.zar

在此示例中,json文件加載到了物體2衍射光柵的表面1上。

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由于我們將光源設(shè)置為寬帶波長,因此可以看到衍射光柵引起的“彩虹”。


如何將光柵數(shù)據(jù)從Lumerical導(dǎo)入至OpticStudio(下)

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3. grating1D_x.zar

此示例與上一個(gè)示例類似。唯一的區(qū)別是我們將json文件替換為一維光柵示例。


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4. FDTD_1D_diffraction_grating_export.zar

在此示例中,我們?cè)诓A桨迳戏胖昧艘粋€(gè)圓形光柵。準(zhǔn)直光束入射到該光柵上,光柵將光線衍射到一個(gè)滿足全反射條件的大角度,然后衍射光線在玻璃平板內(nèi)傳播。這展現(xiàn)了關(guān)于AR光波導(dǎo)如何工作的非常基本的概念。


如何將光柵數(shù)據(jù)從Lumerical導(dǎo)入至OpticStudio(下)


值得一提的是此示例的設(shè)置。如下所示,物體2和3重疊。根據(jù)嵌套規(guī)則,重疊部分的表面屬性將由編輯器中物體編號(hào)較大的物體決定。在此示例中,此重疊部分的表面屬性將由物體3的表面1決定,提供衍射功能。


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另外值得一提的是,我們之所以這樣建立系統(tǒng),是因?yàn)樽鴺?biāo)系統(tǒng)。首先,我們可以通過從物體屬性中選中“繪制局部坐標(biāo)軸”選項(xiàng)來查看物體3的局部坐標(biāo),如下所示??梢钥吹?,物體3的z軸指向內(nèi)側(cè)。


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另一方面,如果我們查看json文件,可以看到它假設(shè)-z側(cè)(n_lower)的折射率為1.565,+z側(cè)(n_upper)的折射率為 1.0。這就是為什么我們需要將物體3放置在玻璃平板之外,但將其與玻璃平板(物體2)重疊。另請(qǐng)注意,這也是為什么物體3的材料是空白的,意味著折射率為1.0,這確保了+z側(cè)的折射率為1.0。同樣地,物體3的-z側(cè)折射率為1.565,來自物體2(玻璃平板)的材料屬性。


通過這樣做,我們可以確保 .json文件中的折射率條件與OpticStudio中的設(shè)置相匹配。請(qǐng)注意,json文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)一步來自Lumerical中的設(shè)置。從根本而言,在將json文件分配到物體時(shí),我們是將Lumerical和OpticStudio中物體之間的坐標(biāo)系相匹配。


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5. Plan_B_period_1um-2023R1.zar

6. Plan_B_period_1um_use_real_IR_coating-2023R1.zar


下圖展示了Plan_B_period_1um_use_real_IR_coating-2023R1.zar中的數(shù)據(jù)。


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7. Plan_B_period_4um-2023R1.zar

8. Plan_B_period_4um_use_real_IR_coating-2023R1.zar

下圖展示了Plan_B_period_4um_use_real_IR_coating-2023R1.zar中的數(shù)據(jù)。


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