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摘要 |g?/~%7 >?G|Yz*kEJ 复杂光学光栅结构被广泛用于多种应用,如光谱仪、近眼显示系统等。利用傅里叶模态法(FMM,或称RCWA) VirtualLab Fusion 提供了一种用于任意光栅结构严格分析的简单方法。利用图形用户界面,用户可以设置堆栈的几何形状,从而产生复杂的光栅结构。本案例主要集中于具有二维周期光栅结构的配置。 ctc`^#q we:5gK& 1. 本案例主要说明: `L"p)5H 如何在光栅工具箱中配置二维光栅结构,通过: pU:C=hq4 - 基于介质的定义类型 X5L(_0?F1 - 基于表面的定义类型 d}wa[WRv
计算前如何改变高级选型并检查定义的结构。 [/+dHW| 注意:在VirtualLab中,具有二维周期性的光栅结构称作3D光栅。因此,层状光栅(一维光栅)被称为2D光栅。 X>6~{3 sO{0hZkc 2. 光栅工具箱初始化 @R'g@+{I 初始化 9h3~;Q - 开始→ VeN&rjc 光栅→ ."!8B9s 一般光栅光路图(3D光栅) ]df9'\ {x&jh|f`g !dbA ( 注意:对于特殊类型的光栅,如柱状光栅,可以直接选择特定的光路图。 +]S;U&vQ -hG 9 3. 光栅结构配置 0'q(XB`i= 首先,必须先定义基底的厚度与材料 +9Hk+. 在VirtualLab中,光栅结构有一个所谓的堆栈进行定义 k@t,[ 堆栈可以附属在基底的一侧或两侧。
7>#L 例如,堆栈选择附属在第一表面。 U7*VIRibv+ CQ8o9A/ 基于介质的定义类型 vYMbson} (例如:柱状光栅) /SqFP
L] 1. 堆栈编辑器 /4"S}P>f 在堆栈编辑器中,可以从库中增加和插入界面和介质。 l9ifUhe 为了以特殊材料定义光栅,必须添加两个平面界面作为边界。 n7, 6a ,a]~hNR*X Y%CL@G60 TJw.e/ 两个平面界面间的介质可以使均匀的,也可以是调制的。 |{/O)3 通过使用后者,可以非常有效地描述复杂的光栅结构,如柱状光栅。、 Sj{rvW >e$^#\D h[`Op#^x3 2. 柱状光栅介质 l>5]Wd{/ 在库目录“LightTrans Defined”中,在柱状介质库中可以找到铬柱。 { Sliy' 这种类型的介质可以模拟柱状结构以及衬底上的销孔。 eZ.0,A*1B1 6rN5Xf cS 在本例中,由铬组成的矩形柱位于熔融石英基底上 ?;KJ
(@Va 在堆栈编辑器的视图中,不同的材料根据折射率(深色意味着更高)用其他颜色表示。 0Li'a{n 2 注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。 $Z7|t 请注意:界面的顺序总是从基板的表面开始计算。 R:IS4AaS 选中的界面以红色高亮显示。 u.L8tR:( 此外,这里不能定义光栅前面的介质(后一个界面后面)。它是自动从光栅元件前面的材料中取出的。 }b]y
0" #L4Kwy 可以在光学设置编辑器中更改此材料。 9uq+Ve> /DG`Hg Tk#&Ux{ZJ 堆栈周期允许控制整个配置的周期。 hq8/`u
YF 对于具有二维周期性的光栅,周期必须在x和y方向上定义。 mKFHT 该周期也用于FMM算法的周期性边界条件。对于简单的光栅结构,建议从介质周期中选择“相关的”(Dependent)选项,并选择适当的周期介质指数。 =3v
1]7X "MS`d+rf\ 3. 柱状光栅介质参数 4\'81"ei 通过以下参数定义柱状光栅: U` nS` p FiU;>t<) 基材(凹槽的介质) ^Lv^W 柱状材料(脊的材料) 4FHX#` 柱的形状(矩形或椭圆形)
s8_NN x方向(水平方向)柱距 l[\,*C y方向(垂直方向)柱距 @~U6=(+ 行移(允许行位移) WWs[]zr 光栅周期在x和y方向 I'%H:53^0 >RqT7n8h 根据柱栅的尺寸和距离自动计算柱栅的周期。 2hA66ar{$ 因此,它不能单独设置,框显示为灰色。 }`/n2 59NWyi4i 89- 8v^ Pq 4. 高级选项&信息 @61N[ 在传播菜单中有几个高级选项可用。 aj'8;E+ propagation method选项卡允许编辑FMM算法的精度设置。 &Cpxo9- 可以设置每个方向上考虑的总阶数或倏逝波阶数。 [[r3fEr$!p 这可能是有用的,尤其是如果考虑金属光栅。 |9"^s x yb.|7U?/x 相反,对于电介质光栅,默认设置就足够了。 D*r Zaqy Advanced Settings选项卡提供关于结构分解的信息。 ![hhPYmV 层分解和过渡点分解设置可用于调整结构的离散性。默认设置适用于几乎所有光栅结构。 79B`w
# GxBPEIim 此外,还提供了关于层数和转换点的信息。 s1vYZ 分解预览按钮提供了用于FMM计算的结构数据的描述。折射率用色标表示。 %b%<g%@i 定义的柱栅分解预览(俯视图)。 !#4HGjPI •VirtualLab建议将其离散化为2层(1层表示基底)。 5<BV\' ,,#rv-* lGHu@(n< 基于界面的定义类型 GKx,6E#JM (例如:截锥光栅) y~ 4nF 1. 堆栈编辑器 ecI
2]aKi D&6Qk&> 2. 截锥光栅 I;.E}k 在本例中,使用了“截锥光栅界面”。 Sq8Q* 这种类型的界面可以模拟圆形的高透射结构。 ,~?A.
5 在本例中,锥体是由位于同一材料基体上的熔融二氧化硅制成的。 YGpp:8pen a;owG/\p 在堆栈编辑器的视图中,不同的材料根据折射率(深色意味着更高)用其他颜色表示。 +P)[|y +e 注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。 $JSC+o(q3# 请注意:界面的顺序总是从基底的表面开始计算。 Qufv@.'AY 选中的界面以红色高亮显示。 S9#N%{8P 此外,这里不能定义光栅前面的介质(后一个界面后面)。它是自动从光栅元件前面的材料中取出的。 3pjYY$' 这种材料可以在光学设置编辑器中更改。 /(pD^D wp GnS 此外,锥体的材料会自动从界面之后的材料中取出。 QT l._j@ 在本例中,这意味着使用基底(基块)的材料。 Rpd/9x.)& 如果光栅结构是由不同的材料制成的,则必须添加额外的平面界面,以便将光栅结构与底座分离。 gw"l& |