Ansys Zemax | 如何将光栅数据从Lumerical导入至OpticStudio（下）

news2024/11/23 20:41:05

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本文介绍了一种使用Ansys Zemax OpticStudio和Lumerical RCWA在整个光学系统中精确仿真1D/2D光栅的静态工作流程。将首先简要介绍方法。然后解释有关如何建立系统的详细信息。

本篇内容将分为上下两部分，上部将首先简要介绍方法工作流，下部将详细阐述示例部分。

介绍

在此工作流程中，设计人员首先在Lumerical FDTD或RCWA中模拟光栅，然后将数据导出到扩展名为json的文件。在OpticStudio中，用户可以导入这些数据，以精确模拟在整个宏观系统中的光栅特性。

示例

本文提供了8个示例供用户参考。第一个示例是用于演示如何建立光栅的简单光栅。接下来的3个示例（2-4）演示了文章Speos Lumerical Sub-wavelength Model中提供的同样的json示例。最后4个示例（5-8）模拟了CMOS背向衍射效应。该系统包含一个手机镜头模型和一个衍射表面，该表面读取一个json文件，用于模拟CMOS传感器上的背向衍射效应。

1. Simple_period_4um-2023R1.zar

在此示例中，请特别检查我们对光源使用的波长是否与.json文件中定义的波长相同。此外，衍射面两侧的折射率也应与.json文件中定义的相同。

2. triangular_lattice_reflector.zar

在此示例中，json文件加载到了物体2衍射光栅的表面1上。

由于我们将光源设置为宽带波长，因此可以看到衍射光栅引起的“彩虹”。

3. grating1D_x.zar

此示例与上一个示例类似。唯一的区别是我们将json文件替换为一维光栅示例。

4. FDTD_1D_diffraction_grating_export.zar

在此示例中，我们在玻璃平板上放置了一个圆形光栅。准直光束入射到该光栅上，光栅将光线衍射到一个满足全反射条件的大角度，然后衍射光线在玻璃平板内传播。这展现了关于AR光波导如何工作的非常基本的概念。

值得一提的是此示例的设置。如下所示，物体2和3重叠。根据嵌套规则，重叠部分的表面属性将由编辑器中物体编号较大的物体决定。在此示例中，此重叠部分的表面属性将由物体3的表面1决定，提供衍射功能。

另外值得一提的是，我们之所以这样建立系统，是因为坐标系统。首先，我们可以通过从物体属性中选中“绘制局部坐标轴”选项来查看物体3的局部坐标，如下所示。可以看到，物体3的z轴指向内侧。

另一方面，如果我们查看json文件，可以看到它假设-z侧（n_lower）的折射率为1.565，+z侧（n_upper）的折射率为 1.0。这就是为什么我们需要将物体3放置在玻璃平板之外，但将其与玻璃平板（物体2）重叠。另请注意，这也是为什么物体3的材料是空白的，意味着折射率为1.0，这确保了+z侧的折射率为1.0。同样地，物体3的-z侧折射率为1.565，来自物体2（玻璃平板）的材料属性。

通过这样做，我们可以确保 .json文件中的折射率条件与OpticStudio中的设置相匹配。请注意，json文件中的数据进一步来自Lumerical中的设置。从根本而言，在将json文件分配到物体时，我们是将Lumerical和OpticStudio中物体之间的坐标系相匹配。