结果

色散结果

相位、群延迟、群延迟色散与差分群延迟

本章覆盖四个色散结果页面:Phase φ(λ)(相位)、Group Delay (GD)(群延迟)、Group Delay Dispersion (GDD)(群延迟色散)和 Differential Group Delay (DGD)(差分群延迟)。这些页面表征薄膜堆如何改变透射或反射脉冲的时间结构。

适用场景:

  • 评估镀膜设计的光谱相位分布,
  • 通过 GDD 量化脉冲展宽,
  • 通过 DGD 评估偏振模色散。

示例配置

以下截图展示用于生成本章色散结果的结构与光学参数配置:

启用条件

四个色散页面共享相同的激活要求:

条件要求
波长模式Sweep
层相干性所有启用层都必须是相干的
Average 模式不兼容
探测器选择Optics 页面 Dispersion 区域中至少启用了 PhaseGDGDDDGD 之一

若任一条件不满足,对应结果页将没有数据。配置详情参见光学参数 — 色散探测器

结果控件

每个色散结果页面提供用于选择显示通道的控件:

控件选项适用范围
Transfer Mode(传输模式)ReflectionTransmission全部四个指标
Polarization(偏振)S LightP Light仅 Phase、GD、GDD
Unwrap Phase(相位展开)开 / 关(复选框)仅 Phase

对于 DGDPolarization 选择器不显示,因为该量定义为 P 与 S 通道之差(GD(P) - GD(S))。

Phase φ(λ)(相位)

Phase 页面显示反射或透射系数的复相位随波长的变化。相位值单位为弧度(rad)

Unwrap Phase 开关控制是否启用相位展开。启用时,相位曲线连续,无 跳变;关闭时,显示原始包裹相位。

相位数据包含四个通道:reflection_sreflection_ptransmission_stransmission_p。使用 Transfer Mode 和 Polarization 控件选择显示通道。

Group Delay / GD(群延迟)

群延迟是光谱相位对角频率的一阶导数:

GD(λ)=dφdω\text{GD}(\lambda) = -\frac{d\varphi}{d\omega}

单位为飞秒(fs)。GD 表示以波长 λ 为中心的窄带脉冲经历的时间延迟。

GD 通过数值微分计算。Optics 页面的 Numerical Quality 设置控制内部采样密度,影响 GD 曲线的平滑度和精度。

Group Delay Dispersion / GDD(群延迟色散)

群延迟色散是光谱相位的二阶导数:

GDD(λ)=d2φdω2\text{GDD}(\lambda) = \frac{d^2\varphi}{d\omega^2}

单位为 fs²(飞秒平方)。GDD 量化脉冲通过薄膜堆后的展宽程度。正 GDD 引起正常(正)啁啾;负 GDD 引起反常(负)啁啾。

由于多了一步微分,GDD 比 GD 需要更多的输出点以获得稳定结果。建议最少 20 个波长点。

Differential Group Delay / DGD(差分群延迟)

DGD 测量两个正交偏振态之间的群延迟差:

DGD(λ)=GDP(λ)GDS(λ)\text{DGD}(\lambda) = \text{GD}_P(\lambda) - \text{GD}_S(\lambda)

单位为飞秒(fs)。DGD 是偏振模色散(PMD)的度量。较大的 DGD 表示 S 偏振和 P 偏振脉冲分量到达时间不同,这在偏振敏感系统中会降低信号质量。

由于 DGD 定义为 P 和 S 之差,此页面不显示 Polarization 选择器。仅提供 Transfer Mode(Reflection / Transmission)。

可信波长范围

对于 GD、GDD 和 DGD,数值微分过程会在波长范围边界产生边缘伪影。求解器在结果元数据中报告一个可信波长范围

结果页面顶部的提示栏显示可信范围:

可信波长范围:{from}-{to} nm。低可信边界点已被省略。

超出此范围的点从图表和数据表中排除。为最大化可信范围,使用比关注区域更宽的波长扫描范围。

Phase 不需要微分,因此没有可信范围限制。

扫描行为

色散结果遵循与其他结果页相同的图表/数据表显示规则:

扫描条件显示行为
无扫描(单次运行)以波长为横轴的图表
单参数扫描以扫描参数为副轴的二维图表
双参数扫描(非标量)强制切换为数据表
标量波长结果且扫描参数 > 3强制切换为数据表
非标量波长结果且扫描参数 > 2强制切换为数据表

当图表或数据表超出数据量阈值时,显示大数据警告和 CSV 导出选项。

基准用法

首次色散测量建议流程:

  1. 将波长模式设为 Sweep,范围覆盖关注区域并留有余量(例如 400 ~ 900 nm,步长 1 nm)。
  2. 确认所有层都是相干的。
  3. 至少启用 PhaseGDD
  4. 保持 Numerical QualityMedium
  5. 运行,然后检查 Phase 和 GDD 页面。
  6. 若 GDD 噪声过大,将 Numerical Quality 提高到 High 或应用 PCHIP 插值。

理论背景参见色散理论

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