VirtualLab矩形组合光栅建模
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 kxRV)G 工具箱:光栅工具箱 FE{FGMq 关键词:矩形光栅界面 转变点列界面 近场分析 内部场分析 +U.I( 83F 组合光栅结构参数: T5:G$-qL(
图1:光栅参数示意图 F3N6{ysK# 使用VirtualLab光栅工具箱进行建模 p"Z-6m~ 4g7)i L^#~ 1) 操作如下图(1)(2):解决方案(Solutions)/光栅工具箱(Grating Toolbox)/二维光栅仿真(2D Grating Simulations)/自定义光栅光路流程图(General Grating Light Path Diagram),生成光栅光路图, 如下图(3) =>dGL|
(1) 9k~8
(2) 5 BJmA2L
(3) PY0j9$i? 图2:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤1)示意图 BX^tR1 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。 Qdp)cT h65-s
图3:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤2)示意图 f4Rf?w* 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。 ^Q^_?~h*! `V3Fx{
(1) Fr$5RAyg  (2) pO.2< (3) 图4:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤3)示意图 kE(mVyLQ 4) 点击 ,进入矩形光栅编辑窗口(Edit Rectangular Grating Interface),输入光栅一的结构参数,并将其位置横向移动(Lateral Shift)1 μm,如下图所示 gl_^V&c lu6(C
图5:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤4)示意图 T"}vAG( .O 5) 点击 ,进入转变点列界面(Transition Point List Interface)编辑窗口(Edit Transition Point List Interface),输入光栅二和光栅三两种光栅结构参数: OaZQ7BGq CsifKHI (1) 通过点击添加数据(Add Datum)增加转变点(transition points),并给该点对应的横向位置(x-Position)和高度(Height)赋值,以形成所需转变点序列。 IyPnp&_ WSY}d
Vr (2) 按照图6(2)所示设置所有转变点,然后将插值方法(Interpolation Method)设置为常量区间(Constant Interval)。将横向区域上限(Upper Limit)设置为2 μm,并设置大小与形状(Size and Shape) 为2 μm x 2μm 长方形(Rectangular)。 T${Q.zHY[! hDq`Z$_+KX (3) 进入周期化标签(Periodization),选择使用周期化设置(Use Periodization),并将周期设置为2 μm x 2μm。可观察到z-方向,即高度方向最小值(Boundary Minimum)为-800 nm。 0,8okAH m<g~H4
(1) bnLPlf u=_mvN  (2) (3) 图6:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤5)示意图 bD8Gwi=iiu 6) 将平面与矩形光栅界面距离设置为0,矩形光栅界面(光栅一)与转变点列界面(光栅二和三)之间的距离设置为800 nm,并将堆栈周期(Stack Period)设置为2 μm,如下图所示: M {Q;: PIpi1v*qz
图7:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤6)示意图 }Ys>(w 7) 设置光学界面后的介质类型(Subsequent Medium),点击 ,进入材料库,分别将Cr和TiO2介质分别用于矩形光栅界面(光栅一)和转变点列光栅界面(光栅二和光栅三)之后,设置方法如下图。 7
^mL_SMj P_p<`sC9
(1) AjgF6[B  (2) 图8:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤7)示意图 #`X?=/q 8) 在堆栈界面观察组合光栅的剖面图以及点击 观察其3D视图 A6iq[b] &q|K!5[k
(1)组合光栅剖面图 qXjxNrK  (2)组合光栅3D视图 图9:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤8)示意图 9) 传输子窗口(Propagation)/传输方法标签(Propagation Methods)中选择傅里叶模态法(Fourier Modal Method)作为元件传输方法(Component Propagation),光栅工具箱默认的传输方法是傅里叶模态法(FMM),对于特征尺寸远大于波长的光栅,可以选择薄元近似(TEA)。 `%Al>u5 Sa`Xf\ *``JamnSO
Oh\<VvZuN 图10:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤9)示意图 VgC2+APg y
{<9]' 10) 高级设置标签(Advanced Settings),单击 ,进行如图11(1)-(3)设置,并观察折射率分布如图(4):可以看出组合光栅的形状及折射率分布。 a"g!e^ bB;5s`-
HuKc9U'7A (1) h@]XBv L4|`;WP
0|\$Vp (2) ,tJ"
5O3- B|AV$N*
ye? 'Ze (3) M6-&R=78K fku<,SV$O4
qXtC^n@x (4) :e%Pvk 图11:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤10)示意图 GU8sO@S5# B=A [ymm 11) 进行近场分析: Y6L~K? @)&=%
KC#q@InK (1) 4G>H x&T [*i 'V=P*#|SR (2)透射场振幅分布 (3)反射场振幅分布 pWsDzb6?% 图12:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤11)示意图 E6gI,f/p0X 2eol
gXp 12) 双击 ,进入光栅衍射效率分析器编辑窗口(Edit Grating Efficiency Analyzer),并做如下图设置。 /U)D5ot< 6s/& |