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如何將光柵數據從Lumerical導入至OpticStudio(上)

發布日期:
2024-03-29

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本文介紹了一種使用Ansys Zemax OpticStudio和Lumerical RCWA在整個光學系統中精確仿真1D/2D光柵的靜態工作流程。將首先簡要介紹方法。然后解釋有關如何建立系統的詳細信息。


本篇內容將分為上下兩部分,上部將首先簡要介紹方法工作流,下部將詳細闡述示例部分。?


介紹


在此工作流程中,設計人員首先在Lumerical FDTD或RCWA中模擬光柵,然后將數據導出到擴展名為json的文件。在OpticStudio中,用戶可以導入這些數據,以精確模擬在整個宏觀系統中的光柵特性。



許可證要求


此靜態鏈接工作流需要從Lumerical生成數據并導入到OpticStudio中。這兩個軟件單獨工作,不需要在同一臺電腦上。要從Lumerical生成所需的數據,用戶需要Lumerical FDTD許可證。要將數據讀入OpticStudio,用戶需要Ansys Zemax OpticStudio的專業版、旗艦版或企業版許可證。請注意,此功能不支持舊版的OpticStudio。



靜態與動態工作流


值得一提的是,有兩個現有的工作流程可以在Lumerical和OpticStudio之間交換數據。一個是我們將在本文中介紹的靜態工作流。另一個是以不同方式工作的動態工作流。這兩種工作流程具有不同的靈活性,不存在一個優于另一個。用戶應根據其設計案例考慮使用哪一種。


如何將光柵數據從Lumerical導入至OpticStudio(上)



從Lumerical生成光柵數據


在此工作流程中,我們使用擴展文件名為json的文件將光柵仿真結果從Lumerical傳遞到OpticStudio。json文件可以由組件供應商提供,也可以由使用OpticStudio的同一用戶生成。


本文將不介紹在Lumerical中模擬和導出json文件的操作。



在Ansys Zemax OpticStudio中建立光柵


在OpticStudio中,要建立光柵,建議使用以下3個物體之一:Diffraction Grating、User Defined Object (DiffractionGrating.DLL)和User Defined Object (Polygon_grating.DLL)。默認安裝文件夾中不提供Polygon_grating.DLL文件。


請注意,光柵建在這些建議物體的表面1處。


如何將光柵數據從Lumerical導入至OpticStudio(上)


添加上述3個物體之一后,我們使用物體屬性...衍射選項卡來定義DLL插件 “lumerical-sub-wavelength-XXXXXX.dll”,其中 XXXXXX 是版本,例如“2023R1”。此DLL將光柵數據(.json)讀入 OpticStudio。請注意,光柵數據(.json)應保存在\Document\Zemax\DLL\Diffractive\文件夾中。


下一節將介紹此DLL的參數。


如何將光柵數據從Lumerical導入至OpticStudio(上)



Ansys Zemax OpticStudio中的參數


隨機模式

如果將其設置為非零,則光線在擊中表面時不會分裂。相反,光線將被隨機衍射到一個級次,如下所示。這對于一條光線多次照射衍射表面并分成太多段的情況非常有用。


如何將光柵數據從Lumerical導入至OpticStudio(上)


測試模式

通常不使用此參數。用戶應將其保持為零,除非需要下面描述的一些特殊用途。

  • 當測試模式為0時,DLL在正常模式下工作。

  • 當我們需要一些功能時,在此值之上增加一個值。

    - +1表示DLL將導出日志文件到\Document\Zemax\DLL\Diffractive\lumerical-sub-wavelength.log

    - +8表示DLL將在CMOS模式下工作。在此模式下,DLL認為除T(0,0)之外的所有透射級次的衍射功率為0。T(0,0)的衍射功率由1-R計算,其中R是所有反射級次的衍射功率之和。這是專門為CMOS衍射設計的模式。對于CMOS傳感器,光永遠不會“透射”,而是被硅層吸收,進一步轉換為電能。我們需要重新計算“非反射”功率來近似吸收功率并將它們歸于T(0,0)階。有關仿真CMOS的更多詳細信息將在另一篇文章中討論。


例如,如果我們將測試模式參數設置為1+8=9,則意味著需要它在CMOS模式下工作并導出日志文件。



提示和注意事項


隨機模式和起始/終止X/Y級次

開啟隨機模式后,建議用戶設置X Start = X Stop = Y Start = Y Stop = 0。這與 Diffraction DLL插件在OpticStudio中的工作方式有關。OpticStudio始終調用從(X Start,Y Start)到(X Stop,Y Stop)所有級次的DLL。但是,當隨機模式打開時,DLL僅使用 (X Start,Y Start),對其他級次的所有調用都是多余的,并且會大大降低仿真速度。


另一方面,如果用戶想使用X/Y起始/終止級次,隨機模式需要為0,這意味著隨機模式已關閉。


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