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

宇熠科技

2024年4月7日 17:00

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培训活动

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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。

许可证要求

此静态链接工作流需要从Lumerical生成数据并导入到OpticStudio中。这两个软件单独工作，不需要在同一台电脑上。要从Lumerical生成所需的数据，用户需要Lumerical FDTD许可证。要将数据读入OpticStudio，用户需要Ansys Zemax OpticStudio的专业版、旗舰版或企业版许可证。请注意，此功能不支持旧版的OpticStudio。

静态与动态工作流

值得一提的是，有两个现有的工作流程可以在Lumerical和OpticStudio之间交换数据。一个是我们将在本文中介绍的静态工作流。另一个是以不同方式工作的动态工作流。这两种工作流程具有不同的灵活性，不存在一个优于另一个。用户应根据其设计案例考虑使用哪一种。

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从Lumerical生成光栅数据

在此工作流程中，我们使用扩展文件名为json的文件将光栅仿真结果从Lumerical传递到OpticStudio。json文件可以由组件供应商提供，也可以由使用OpticStudio的同一用户生成。

本文将不介绍在Lumerical中模拟和导出json文件的操作，需要了解请联系工作人员或者查阅帮助手册。（推荐阅读技术文章：Lumerical 亚波长模型：介绍和数据生成）

在Ansys Zemax OpticStudio中建立光栅

在OpticStudio中，要建立光栅，建议使用以下3个物体之一：Diffraction Grating、User Defined Object (DiffractionGrating.DLL)和User Defined Object (Polygon_grating.DLL)。默认安装文件夹中不提供 Polygon_grating.DLL文件，但可以通过联系我们的工作人员获取

请注意，光栅建在这些建议物体的表面1处。

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添加上述3个物体之一后，我们使用物体属性...衍射选项卡来定义DLL插件 “lumerical-sub-wavelength-XXXXXX.dll”，其中 XXXXXX 是版本，例如“2023R1”。此DLL将光栅数据（.json）读入 OpticStudio。请注意，光栅数据（.json）应保存在\Document\Zemax\DLL\Diffractive\文件夹中。

下一节将介绍此DLL的参数。

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Ansys Zemax OpticStudio中的参数

随机模式

如果将其设置为非零，则光线在击中表面时不会分裂。相反，光线将被随机衍射到一个级次，如下所示。这对于一条光线多次照射衍射表面并分成太多段的情况非常有用。

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测试模式

通常不使用此参数。用户应将其保持为零，除非需要下面描述的一些特殊用途。

当测试模式为0时，DLL在正常模式下工作。
当我们需要一些功能时，在此值之上增加一个值。
- +1表示DLL将导出日志文件到\Document\Zemax\DLL\Diffractive\lumerical-sub-wavelength.log
- +8表示DLL将在CMOS模式下工作。在此模式下，DLL认为除T（0，0）之外的所有透射级次的衍射功率为0。T（0，0）的衍射功率由1-R计算，其中R是所有反射级次的衍射功率之和。这是专门为CMOS衍射设计的模式。对于CMOS传感器，光永远不会“透射”，而是被硅层吸收，进一步转换为电能。我们需要重新计算“非反射”功率来近似吸收功率并将它们归于T（0，0）阶。有关仿真CMOS的更多详细信息将在另一篇文章中讨论。

例如，如果我们将测试模式参数设置为1+8=9，则意味着需要它在CMOS模式下工作并导出日志文件。

提示和注意事项

随机模式和起始/终止X/Y级次

开启随机模式后，建议用户设置X Start = X Stop = Y Start = Y Stop = 0。这与 Diffraction DLL插件在OpticStudio中的工作方式有关。OpticStudio始终调用从（X Start，Y Start）到（X Stop，Y Stop）所有级次的DLL。但是，当随机模式打开时，DLL仅使用（X Start，Y Start），对其他级次的所有调用都是多余的，并且会大大降低仿真速度。

另一方面，如果用户想使用X/Y起始/终止级次，随机模式需要为0，这意味着随机模式已关闭。

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