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[技术]VirtualLab矩形组合光栅建模 [复制链接]

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科学家

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只看楼主倒序阅读楼主发表于: 2023-05-25

建模目的：如何将矩形光栅界面和转变点列界面(Transition Point List Inerface)进行组合，以构建复杂结构光栅，并进行近场分析和内部场分析
工具箱：光栅工具箱
关键词：矩形光栅界面转变点列界面近场分析内部场分析
组合光栅结构参数：

图1：光栅参数示意图

使用VirtualLab光栅工具箱进行建模

1) 操作如下图(1)(2)：解决方案(Solutions)/光栅工具箱(Grating Toolbox)/二维光栅仿真(2D Grating Simulations)/自定义光栅光路流程图(General Grating Light Path Diagram)，生成光栅光路图, 如下图(3)

(1)

(2)

(3)

图2：使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤1)示意图

2) 双击

，进入光栅编辑窗口(Edit General Grating 2D)/结构与功能子窗口(Structure/Function)，确定基板材料和厚度，并选择堆栈界面。

图3：使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤2)示意图

3) 进入堆栈界面，即堆栈编辑窗口(Edit)，通过添加(Add)按钮依次添加平面(Plane Interface)，矩形光栅界面(Rectarngular Grating Interface)以及转变点列界面(Transition Point List Interface)以构建矩形组合光栅。

(1)

(2)

(3)

图4：使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤3)示意图

4) 点击

，进入矩形光栅编辑窗口(Edit Rectangular Grating Interface)，输入光栅一的结构参数，并将其位置横向移动(Lateral Shift)1 µm，如下图所示

图5：使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤4)示意图

5) 点击

，进入转变点列界面(Transition Point List Interface)编辑窗口(Edit Transition Point List Interface)，输入光栅二和光栅三两种光栅结构参数：

(1) 通过点击添加数据(Add Datum)增加转变点(transition points)，并给该点对应的横向位置(x-Position)和高度(Height)赋值，以形成所需转变点序列。

(2) 按照图6(2)所示设置所有转变点，然后将插值方法(Interpolation Method)设置为常量区间(Constant Interval)。将横向区域上限(Upper Limit)设置为2 µm，并设置大小与形状(Size and Shape) 为2 µm x 2µm 长方形(Rectangular)。

(3) 进入周期化标签(Periodization)，选择使用周期化设置(Use Periodization)，并将周期设置为2 µm x 2µm。可观察到z-方向，即高度方向最小值(Boundary Minimum)为-800 nm。

(1)

(2)

(3)

图6：使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤5)示意图

6) 将平面与矩形光栅界面距离设置为0，矩形光栅界面（光栅一）与转变点列界面（光栅二和三）之间的距离设置为800 nm，并将堆栈周期(Stack Period)设置为2 µm，如下图所示：

图7：使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤6)示意图

7) 设置光学界面后的介质类型(Subsequent Medium)，点击

，进入材料库，分别将Cr和TiO2介质分别用于矩形光栅界面（光栅一）和转变点列光栅界面（光栅二和光栅三）之后，设置方法如下图。

(1)

(2)

图8：使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤7)示意图

8) 在堆栈界面观察组合光栅的剖面图以及点击

观察其3D视图

(1)组合光栅剖面图

(2)组合光栅3D视图

图9：使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤8)示意图

4) 使用光栅工具箱中的元件内部场分析器可以获得光栅内部场的分布。
9) 传输子窗口(Propagation)/传输方法标签(Propagation Methods)中选择傅里叶模态法(Fourier Modal Method)作为元件传输方法(Component Propagation)，光栅工具箱默认的传输方法是傅里叶模态法(FMM)，对于特征尺寸远大于波长的光栅，可以选择薄元近似（TEA）。