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摘要 <AAZ8#^ rE{Xo:Cf 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。 &;h~JS=
w]Ko/;;^2 1. 本案例主要说明: Y^ZBA\D2,k 如何在光栅工具箱中配置二维光栅结构,通过:
2HK - 基于介质的定义类型 uJ/?+5TU - 基于表面的定义类型 +`s&i%{1> 计算前如何改变高级选型并检查定义的结构。 ZH$sMh<xg 注意:在VirtualLab中,具有二维周期性的光栅结构称作3D光栅。因此,层状光栅(一维光栅)被称为2D光栅。 jl e%|8m&@ Gz[ymj)5 2. 光栅工具箱初始化
kulQR>u 初始化 U_}A{bFG - 开始→ \abAPo 光栅→ _]D#)-uv}C 一般光栅光路图(3D光栅) ,7fc41O3V e9Ul A
q~Q)'*m 注意:对于特殊类型的光栅,如柱状光栅,可以直接选择特定的光路图。 [#>$k
6F* oLqbR? 3. 光栅结构配置 oF@x]bmU 首先,必须先定义基底的厚度与材料 |1QbO`f/F 在VirtualLab中,光栅结构有一个所谓的堆栈进行定义 Y7:Y{7E7 堆栈可以附属在基底的一侧或两侧。 +{C9uY)$vf 例如,堆栈选择附属在第一表面。 }@:QYTBi } }rY?=I 基于介质的定义类型 eb.cq"C (例如:柱状光栅) 3?*M{Y| 1. 堆栈编辑器
>NH4A_ 在堆栈编辑器中,可以从库中增加和插入界面和介质。 ^QXw[th!d
为了以特殊材料定义光栅,必须添加两个平面界面作为边界。 a:-)+sgHw ?lc[hH
s7.p$r 2%{YYT
两个平面界面间的介质可以使均匀的,也可以是调制的。 rZ!Yi*? f 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。、 s?@)a,C%k iO9nvM< L*UV 2. 柱状光栅介质 U7]<U-.& 在库目录“LightTrans Defined”中,在柱状介质库中可以找到铬柱。 1(%>`=R8 这种类型的介质可以模拟柱状结构以及衬底上的销孔。 vhYMWfbY
|YE,) kiF 在本例中,由铬组成的矩形柱位于熔融石英基底上 PHRGhKJW}) 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。 h"PS-]:CD 注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。 0E?s>-b 请注意:界面的顺序总是从基板的表面开始计算。 %su}Ru 选中的界面以红色高亮显示。 C?[a3rNH( 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。 ?y>Y$-v/C
+-H}s` 可以在光学设置编辑器中更改此材料。 %R.xS}
Q 'nlRY5@2 wUK7um 堆栈周期允许控制整个配置的周期。 >k&8el6h 对于具有二维周期性的光栅,周期必须在x和y方向上定义。 UK"}}nO@e 该周期也用于FMM算法的周期性边界条件。对于简单的光栅结构,建议从介质周期中选择“相关的”(Dependent)选项,并选择适当的周期介质指数。 lJ:M^.Em0 XdGpW 3. 柱状光栅介质参数 S(>@:`= 通过以下参数定义柱状光栅: /lS+J(I
IP30y>\ 基材(凹槽的介质) 2ec$xms 柱状材料(脊的材料) E7X!cm/2< 柱的形状(矩形或椭圆形) Cdp]Nv6 x方向(水平方向)柱距 @%EE0)IA y方向(垂直方向)柱距 @cuD8<\i 行移(允许行位移) i<4>\nc 光栅周期在x和y方向 E\]OySC%C$ 2SDh0F 根据柱栅的尺寸和距离自动计算柱栅的周期。 fg9?3x
Z 因此,它不能单独设置,框显示为灰色。 N+CXOI=6x W NwJM )%iRZ\`f 4. 高级选项&信息 0W T#6D 在传播菜单中有几个高级选项可用。 )\T@W propagation method选项卡允许编辑FMM算法的精度设置。 -ajM5S=d* 可以设置每个方向上考虑的总阶数或倏逝波阶数。 V&Xi> X8 这可能是有用的,尤其是如果考虑金属光栅。 ~lzdbX
10C 2= 相反,对于电介质光栅,默认设置就足够了。 -A/ds1=; Advanced Settings选项卡提供关于结构分解的信息。 AVXX\n\_ 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。 Ni2]6U
?xtt7*'D 此外,还提供了关于层数和转换点的信息。 a'@-"qk 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。 }Vvsh3 定义的柱栅分解预览(俯视图)。 ^ckj3Y#; •VirtualLab建议将其离散化为2层(1层表示基底)。 rQ9*J jW-;4e*H=V T)WZ_bR 基于界面的定义类型 m"lE&AM64p (例如:截锥光栅) h [nH<m 1. 堆栈编辑器 33Ssylno ![^EsgEB* 2. 截锥光栅 ]>tq|R78 在本例中,使用了“截锥光栅界面”。 %mY| 这种类型的界面可以模拟圆形的高透射结构。 z^4KU\/JK 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。 9<xTu>7J
%x&F4U 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。 <=q*N;=T, 注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。 cyW;,uT)D 请注意:界面的顺序总是从基底的表面开始计算。 K*_-5e 选中的界面以红色高亮显示。 ?VFM]hO 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。 ?22d},. 这种材料可以在光学设置编辑器中更改。 f?,-j>[.=f
*;<e
'[Y7f 此外,锥体的材料会自动从界面之后的材料中取出。 5a'yXB} 在本例中,这意味着使用基底(基块)的材料。 ;aq `N}d 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。 |q3f]T&+>{ 然后根据需要选择截锥与平面界面之间的材料。 `vudS? 堆栈周期允许控制整个配置的周期。 9'1hjd3k 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。 p1+7<Y: $Axng
J c 该周期也用于FMM算法的周期性边界条件。 (~S<EUc$ 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。 Z[Wlyb0 3. 截锥光栅参数 >G]? 柱栅是一个可编程接口,由以下参数定义: e#tIk;9Xz
@gNpJB]V 锥高度 /:U1!9.y 高度因子(例如允许反转结构) GGH;Z WSe 顶部直径 -
$%jb2 底部(基底)直径 F& |