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二维周期光栅结构的配置
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infotek
2025-12-22 08:05
二维周期光栅结构的配置
摘要
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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。
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1. 本案例主要说明
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如何在光栅工具箱中配置二维光栅结构,通过:
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- 基于介质的定义类型
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- 基于表面的定义类型
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计算前如何改变高级选型并检查定义的结构。
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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。
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2. 光栅工具箱初始化
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初始化
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- 开始→
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光栅→
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一般光栅光路图(3D光栅)
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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。
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3. 光栅结构配置
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首先,必须先定义基底的厚度与材料
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在VirtualLab中,光栅结构有一个所谓的堆栈进行定义
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堆栈可以附属在基底的一侧或两侧。
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例如,堆栈选择附属在第一表面。
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基于介质的定义类型
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(例如:柱状光栅)
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1. 堆栈编辑器
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在堆栈编辑器中,可以从库中增加和插入界面和介质。
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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。
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两个平面界面间的介质可以使均匀的,也可以是调制的。
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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。、
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2. 柱状光栅介质
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在库目录“LightTrans Defined”中,在柱状介质库中可以找到铬柱。
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这种类型的介质可以模拟柱状结构以及衬底上的销孔。
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在本例中,由铬组成的矩形柱位于熔融石英基底上
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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。
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注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。
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请注意:界面的顺序总是从基板的表面开始计算。
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选中的界面以红色高亮显示。
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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。
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可以在光学设置编辑器中更改此材料。
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堆栈周期允许控制整个配置的周期。
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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。
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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。
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3. 柱状光栅介质参数
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通过以下参数定义柱状光栅:
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基材(凹槽的介质)
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柱状材料(脊的材料)
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柱的形状(矩形或椭圆形)
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x方向(水平方向)柱距
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y方向(垂直方向)柱距
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行移(允许行位移)
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光栅周期在x和y方向
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根据柱栅的尺寸和距离自动计算柱栅的周期。
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因此,它不能单独设置,框显示为灰色。
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4. 高级选项&信息
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在传播菜单中有几个高级选项可用。
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propagation method选项卡允许编辑FMM算法的精度设置。
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可以设置每个方向上考虑的总阶数或倏逝波阶数。
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这可能是有用的,尤其是如果考虑金属光栅。
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相反,对于电介质光栅,默认设置就足够了。
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Advanced Settings选项卡提供关于结构分解的信息。
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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。
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此外,还提供了关于层数和转换点的信息。
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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。
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定义的柱栅分解预览(俯视图)。
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•VirtualLab建议将其离散化为2层(1层表示基底)。
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基于界面的定义类型
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(例如:截锥光栅)
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1. 堆栈编辑器
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2. 截锥光栅
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在本例中,使用了“截锥光栅界面”。
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这种类型的界面可以模拟圆形的高透射结构。
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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。
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7.C~ OrGR
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。
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注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。
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