闪耀耦入光栅 · RSoft CAD + DiffractMOD

这一步在做什么

把图纸上的颜色、位置翻译成仿真约定，后面每一步都按这个方向，不再把光机画到光栅上方。

光路：光机 → 玻璃（已在介质内）→ 胶水/银界面 → 反射衍射级回到玻璃。Ag 挡住透射，所以「耦入」看的是反射级 DE，不是透射级。

尺寸怎么落到图上

• 比例 1 mm = 80 px，所以光栅宽 3.8×80 = 304 px，光机 3.2×80 = 256 px。
• 光机对中：左右各 (3.8−3.2)/2 = 0.30 mm 光栅未被照明。
• 玻璃条比光栅长，对应图纸里蓝色基板向右伸出。
• 黄箭头从光机顶穿到玻璃/胶水界面，方向是 RSoft 的 +z。

RCWA 不求解 3.8 mm 有限孔径，有限尺寸只通过填充因子进入「有效耦入」。 光栅约 10411 个周期，光机覆盖约 8767 个周期，周期数足够大，边缘衍射可忽略。

填充因子怎么用

1. F = 3.2 / 3.8 = 0.842105（84.21%）。
2. DiffractMOD 给出的 DE 是「照到光栅上的功率」归一。
3. 光机比光栅窄，有 (1−F)=15.79% 的出射光根本打不到齿上。
4. 有效耦入 ≈ DE_R(m) × F。这里没有再乘 NA、波导损耗、模式重叠。

为什么是直角闪耀、为什么要楼梯

1. H tanα = 170 × tan(65.03°) = 365.00 nm ≈ Λ=365 nm → 斜面正好跨满一个周期，不被截断。
2. 基板倾角 atan(170/365)=24.97°；对法线闪耀角 90°−该值 = 65.03°。
3. RCWA 沿 z 分层。函数 blaze_layers() 把斜面切成 24 层矩形，层厚 7.083 nm。
4. z<0 的玻璃缓冲 80 nm 只表示「光已经在玻璃里」；真实 0.4 mm 基板厚度不进单胞（均匀层不改变衍射效率）。
5. 下表与 blazed_incoupler.ind 里 Glue_xx / AgFill_xx 线段同一套数字。

x 原点在周期中心。胶水左对齐、银右对齐，两宽之和恒为 365 nm。

代码在做什么（函数 build_cad）

1. from rstools import RSoftCircuit → c = RSoftCircuit()，这是官方 CAD 对象。
2. c.set_symbol(名字, 值) 写入 .ind 顶部的符号表（周期、域、谐波、输出开关）。
3. c.add_material(matname="Ag") 从 RSoft 库拉银的色散；胶水/玻璃用常数 n。
4. c.add_segment(position, offset, dimensions) 画矩形层：玻璃缓冲、24 层胶+银、Ag 盖帽。
5. 坐标必须是纯数字。解析器把 begin.x 里的 + 当成「相对定位」，所以不用 "-Period/2+w/2" 这种字符串。
6. c.write(ind_path) 得到 blazed_incoupler.ind，可用 winrsoft 打开核对。

关键符号

from rstools import RSoftCircuit
c = RSoftCircuit()
c.set_symbol('sim_tool', 'ST_DIFFRACTMOD')
c.set_symbol('background_index', 'NGlass')
c.add_material(matname='Ag')
c.add_segment(position=(x, 0, z0), offset=(0, 0, dz), dimensions=(width, 0))
c.write(r'D:\Mac\Simulation\rsoft_blazed_incoupler\blazed_incoupler.ind')

函数 run_dfmod：每个波长 × 每种偏振调用一次

D:\Program\Keysight\PhotonicSolutions\2026\RSoft\bin\dfmod.exe -hide D:\Mac\Simulation\rsoft_blazed_incoupler\blazed_incoupler.ind prefix=wl450_TE wait=0 free_space_wavelength=0.45 polarization=0 rcwa_launch_pol=0 eim=0 vector=1 rcwa_variation_min=0.45 rcwa_variation_max=0.45

本次实际运行

返回码 0 表示 dfmod 正常结束。能量关系：ΣR + T + A ≈ 1（金属损耗进 A）。

2D 必须改 polarization。只改 rcwa_launch_pol 时 TE 和 TM 会得到同一张表。

输出：prefix.dat（效率）、.pcs（监视）、.dataindex。解析走 parse_de_dat：读 # wavelength -4R … Absorption 那一行。

手算 λ=526 nm、正入射、m=−1

1. 光栅方程：n sinθ = m λ/Λ = −526/365 = -1.441096
2. sinθ = (m λ/Λ)/n = -1.441096 / 1.8 = -0.800609
3. θ = arcsin(-0.800609) = -53.19°（符号表示 −x）
4. 临界角 θ_c = arcsin(1/1.8) = 33.75°
5. |θ| = 53.19° > θ_c → 可在玻璃内 TIR，这才叫耦入导波
6. |m|≥2：|m|λ/Λ = 1052/365>1.8 → 玻璃中截止，DE 列应为 0

怎么读这两张柱状图

• 柱高 = 该级反射功率 / 入射功率。绿柱是设计级 m=−1。
• TE：电场沿沟槽（Ey）。金属损耗较小，m=−1 通常最高。
• TM：磁场沿沟槽，电场在入射面内，银界面可激发等离子体，吸收 A 会到 ~50%。
• 图注 ΣR、T、A：应满足 ΣR+T+A≈1。T≈0 因为盖帽是光学厚银。
• |m|≥2 的柱应为 0，与步骤 6 的截止判断一致。

每一行是一次 Floquet 通道。列含义：

• 衍射角：玻璃内的 θ_m，由光栅方程算，不是 DiffractMOD 拟合角。
• 状态 evan. = 玻璃中截止；TIR = 可导波；prop. = 能传播但会漏进空气。
• 反射 DE：dfmod 的 mR 列。
• 透射 DE：mT；厚银时应接近空。
• 有效耦入：反射 DE × 3.2/3.8。绿底行是设计级 m=−1 且满足 TIR。

脚本函数 ↔ 本报告步骤