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PCGrate 光栅设计软件

背景：

International Intellectual Group Inc. (I.I.G., Inc.) 是一家私营公司，成立于1996年，由来自美国和俄罗斯的专家研发可应用于光学，物理，离散数学和计算机科学的新型科学和工程软件。

简介

PCGrate 系列光栅设计软件专为浮雕和相位衍射光栅以及粗糙镜面的精准有效建模而设计，它结合了早期PCGrates实现的卓越性能和现代图形用户界面，使用3D和2D Open GL绘图，显著扩展了支持的功能，包括并行以及使用xml格式的输入/输出文件数据从命令行进行计算的能力。使用PCGrate-S(X)系列软件，可以严格模拟周期性和非周期性结构中具有不同性质的多层微/纳米粗糙度的散射效应，可以设计可变槽深(VGD)和可变线间距(VLS)多截面光栅，模拟覆盖着非常薄或/和厚、具有任意轮廓边界、包括真实和非功能边界层的光栅，计算光子晶体和非球面光栅，并适用于锥光和非平面入射波，包括一般偏振态的高斯波。

主要部分：

PCGrate®-S(X) v. 6.6-6.7 32/64位系列软件产品包括5个主要部分：

· 主应用程序：专家友好的界面、输入和输出(GUI和完整类型)打开GL 2-D和3-D图形。

· 外部求解器，执行计算并提供对计算过程的完全控制(包括智能内部缓存和多核/处理器系统的并行求解)。

· 边界轮廓编辑器，支持十种类型的边界轮廓:梯形、三角形、层状、锯齿形、正弦梯形、正弦、多边形、绝对平面、三角和三次样条。边界轮廓编辑器可以编辑非函数边界轮廓，并在边界轮廓的一个面(部分)上添加随机微粗糙度，并生成任何种类的边界，包括那些具有高斯相关函数的边界。

· 折射率编辑器，它支持“ri”和“ari”格式。

· 控制台求解程序实用程序(XML和完整类型)，它使用了求解程序应用程序的图形化版本(PCGrate-S(X)求解程序)。

PCGrate®-S(X) v. 6.7 32/64-bit系列工具包：

· 结合了 PCGrates 早期实现的卓越性能。

· 使用具有3-D和2-D Open GL图形的现代图形用户界面。

· 包括2D扫描和3D效率图。二维扫描允许人们同时改变两个独立的参数来解决光栅效率问题。

· 三维效率图可以使二维扫描得到的结果可视化。

· 所有版本的PCGrate®-S(X) 都有两个系列(S和SX)和三种类型:GUI、XML和Complete。PCGrate-S(X) XML和PCGrate-S(X)
Complete类型可以使用XML格式的输入/输出数据从命令行计算光栅效率。PCGrate-S(X) GUI和PCGrate-S(X)
Complete类型可以使用图形用户界面(即PCGrate-S(X)主应用程序)获取计算数据，并处理结果，包括保存、复制、导出、绘图、打印等。

主要潜力：

· PCGrate计算多层一维反射和透射浮雕及相位光栅(全息，规则，光刻，复制，使用各种光刻和压印技术获得,以及其他等等)的衍射效率、振幅、阶段和近轴衍射区域和一维与二维光子晶体,以及粗糙镜面的散射强度：

· 它适用于TE、TM、NP((P+S)/2或一般偏振态的平面、柱面、球面和高斯波前类型的通用(面内)或锥光(面外)调制。

· 软件使您可以自定义参数的光束和光学调制。有几种光学调制配置：通用型、恒焦型、梯形型、布拉格型、闪光型和固定型。

· 它以0 ~±100 (S系列程序)或±10 000 (SX系列程序)衍射级次运行。波长周期比lambda/d的最小值为0.02 (S系列程序)，最小波长为0.01 nm (SX系列程序)。

· 该软件适用于基于有限（或完美适应低边界？）的导电层或无损耗层假设的共形/非共形多层平面或衍射光栅的设计和仿真。

· NM & NS平面区域和LM & LS波的不同组的最大数值是99（用于凹面/凸面光栅或非平面波的建模高达9801项，用于建模非平面波入射在凹凸光栅上的建模高达1185921项）

· 可以从完全的折射率库(RILs)中预置多达20 (S系列程序)或10000 (SX系列程序)光栅表面多层材料的共形/非共形层。

· 该程序适用于梯形、正弦梯形、多边形、三角、三次样条和截面相关的边界轮廓，包括周期性和随机模拟粗糙度的真实轮廓。

· 边界上最大的配置点Nk为10000，程序有很大的潜力(包括特殊的复选框或按钮)来应对弱收敛问题。

· 波长扫描时可以扫描超过38个不同的系列参数并且可以使用RILs数据的三种插值/外推（常数，线性，或三次样条），在扫描周期或频率时改变两种类型的轮廓尺寸(调整整个轮廓或影响相关参数)

· 还允许数据打印(包括图形)以及将输入、输出的数据(包括表格)逐点或完全转换成 XML、Microsoft®Excel 和文本格式文件。

· 可以为已解决的任务(从已保存导出的pcg文件中)恢复输入参数。

当前版本：

PCGrate 目前最新版本是6.6-6.7，相对于6.1版本来说功能更加强大。这些新版本同时运行64位和32位应用程序，更适合使用密集并行的复杂光栅建模。它有两种不同且强大的求解器：穿透和分离。两者都是基于修正的边界积分方程方法，具有互补的功能。两个版本(和 6.1 版本相比)的主要区别在于vs.6.6-6.7不仅可以模拟周期性光栅，还可以模拟随机粗糙的镜面，使用任意(包括非高斯)粗糙度统计来获得精确的效率和漫射光强度(阶间虚差)。使用6.6-6.7 版本，我们可以对具有随机粗糙真实边界的多层光栅进行建模。新的边界配置文件编辑器包括用于随机化这些边界的工具。6.7对于凹/凸光栅的模拟更加适用和准确，它也便于一维和二维光子晶体和具有不同沟槽空间和沟槽深度(边界形状)光栅的建模。6.7支持高斯入射波和多层x射线光栅的极掠入射。在6.6-6.7版本中还有许多其他的新特性和特性。与v. 6.6相比，PCGrate-S(X) v.6.7 32位/64位软件有许多增加和改进。在6.7中，不同参数的扫描逻辑被划分为两个分支。第一个分支，即1D扫描是对以前版本的扫描功能的直接类比，它只允许对一个参数的独立扫描。新功能2D扫描-第二分支-被添加到这个版本。2D扫描允许用户同时改变两个参数来解决光栅效率问题。在6.7版本中，添加了3D图形，以更好地表示2D扫描模式解决方案的结果。3D图与用于1D扫描的2D图具有相同的功能，只是做了一些增强，比如在具有可变节点密度的绘制表面上进行网格划分。在6.7版本的代码和文档中，还实现了许多其他小的更改和改进。

Key Parameter	Possible Value
	S Series** v.6.6			SX Series** v.6.6
	XML	GUI	Complete	XML	GUI	Complete
Wavelength	From x-rays to meters	From x-rays to meters	From x-rays to meters	From x-rays to meters	From x-rays to meters	From x-rays to meters
Minimal wavelength-to-period ratio	0.02	0.02	0.02	2.e-13	2.e-13	2.e-13
Diffraction orders range	±100	±100	±100	±10000	±10000	±10000
Maximal number of layers	20	20	20	10000	10000	10000
Non-periodical structures & non-function border profiles	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Rigorously accounting random roughness	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Gaussian beams, convex & VLS gratings	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Photonic crystals	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
XML input/output format*	Yes	No	Yes	Yes	No	Yes
GUI output format	No	Yes	Yes	No	Yes	Yes
Additional 2D scanning and 3D plot capabilities	No	No	No	No	No	No

Key Parameter	Possible Value
	S Series** v.6.7.1			SX Series** v.6.7.1
	XML	GUI	Complete	XML	GUI	Complete
Wavelength	From x-rays to meters	From x-rays to meters	From x-rays to meters	From x-rays to meters	From x-rays to meters	From x-rays to meters
Minimal wavelength-to-period ratio	0.02	0.02	0.02	2.e-13	2.e-13	2.e-13
Diffraction orders range	±100	±100	±100	±10000	±10000	±10000
Maximal number of layers	20	20	20	10000	10000	10000
Non-periodical structures & non-function border profiles	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Rigorously accounting random roughness	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Gaussian beams, convex & VLS gratings	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Photonic crystals	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
XML input/output format*	Yes	No	Yes	Yes	No	Yes
GUI output format	No	Yes	Yes	No	Yes	Yes
Additional 2D scanning and 3D plot capabilities	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes