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 ?taC
!{ 工具箱:光栅工具箱 ty[%:eG# 关键词:矩形光栅界面 转变点列界面 近场分析 内部场分析 E 9Kp=3H 组合光栅结构参数: c}v8j2{ 图1:光栅参数示意图 [-`s`g-
使用VirtualLab光栅工具箱进行建模 Qraq{'3
#++:`Z 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) =H: N!!: (1)
ZYY`f/qi (2)
;7[DFlS\P (3) nUs=PD3)
图2:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤1)示意图 8\nka5
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。 t.&JPTK-H
Cm5L99Y 图3:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤2)示意图 Ww~C[8q
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。 LD{~6RP
r:rPzq1 (1)
D,$M$f1 
(2) fx:vhEX
(3)
图4:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤3)示意图 &'neOf/~
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 Gqq<-drR
1z; !)pG. 图5:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤4)示意图 J*ofa>
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: m[l&&(+J,
gdAd7
T (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。 A?-t`J
)(d~A?~ (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)。 U e-AF#
C(sz/x?11 (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。 f% 8n?f3;u ("f~gz<< (1)
]c\`EHN ^tyqc8& 
(2)
(3)
图6:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤5)示意图 R0w~ Z
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: U_9|ED:
XYV`[,^h& 图7:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤6)示意图 e2xKo1?I
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。 SA"4|#3>7
b;`MHEzw&q (1)
XThU+s9 
(2)
图8:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤7)示意图
#p{8 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 5s0`T]X-
+CQIm!Sp (1)组合光栅剖面图
`^g-2~ 
(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)。 G=Xas"|
yp
hd'Pu"
pNHL &H\
o`~,+6]D
图10:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤9)示意图 mmC MsBfL
Q>z(!'dw
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。 .<K9Zyi
QVb{+`.7
G{+zKs}~
(1) 2_6@&2
[8b{Ybaz
P=ubCS'
(2) M(} T\R
^MWp{E
*TL3-S?
(3) %~<F7qB
nS!m1&DeD
U
d+6=Us{
(4) h-03]M#8=
图11:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤10)示意图 0LWV.OIIC
Fe2iG-ec
11) 进行近场分析: H'@@%nO(
I0bkc3
sEa| 2$
(1) ;M O,HdP;
e9F+R@8
_bCIVf`
(2)透射场振幅分布 (3)反射场振幅分布 V4*/t#L/
图12:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤11)示意图 o~x49%X<c
:9|CpC`.
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。 3|Y.+W
H9=8nLb.
7Zh#7jiZ`
图13:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤12)示意图 ,_'Z Jlx
%8KbVjn
13) 点击
,进行光栅衍射效率分析,获取各级次的效率以及总的效率,如下图:(1)极坐标表示形式;(2)不同级次所对应的角度与衍射效率图;(3)总的反射、透射效率以及吸收率。 JGlp7wro
dY?>:ce
#%/0a
S2V+%Z
_J
(1) Gbb*p+(
1:Raa 5
kc[<5^b5
(2) .UUT@
w?
opReAU'I
69Q#UJ
(3) na|23jz4
图14:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤13)示意图 5BM rn0
J)^Kls\>t
14) 在光路流程图(Light Path Diagram)中添加元件内部场分析器(Field Inside Component Analyzer: FMM)进行内部场分析:参数设置如图15(1)(2),结果图为(3)(4) F,xFeq$/{
AR)A <