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摘要 jOCV)V9} $%$zZJ@/ 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。 %KVmpWku
^P{y^@XI 1. 本案例主要说明: xbi\KT`~ 如何在光栅工具箱中配置二维光栅结构,通过: 1>[#./@ - 基于介质的定义类型 H*G(`Zl} - 基于表面的定义类型 ;o'>`=Y 计算前如何改变高级选型并检查定义的结构。 >-V632(/{o 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。 yT:2*sZRc P$z%:Q 2. 光栅工具箱初始化 Ytc[ kp 初始化 PK|qiu-O&* - 开始→ N( 7(~D=)B 光栅→ 3XB`|\: 一般光栅光路图(3D光栅) )o:sDj`b] &bq1n_
4Y'Ne2M{ 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。 dfAw\7v/ $S' TW3 3. 光栅结构配置 6|lsG6uf 首先,必须先定义基底的厚度与材料 :YRHO| 在VirtualLab中,光栅结构有一个所谓的堆栈进行定义 ;1yF[<a 堆栈可以附属在基底的一侧或两侧。 %AJ9fs4/ 例如,堆栈选择附属在第一表面。 ` Ft-1eE [f\Jcjc 基于介质的定义类型 9:g A0Z (例如:柱状光栅) W\-`}{B_/ 1. 堆栈编辑器 ]["%e9#aX 在堆栈编辑器中,可以从库中增加和插入界面和介质。 s#<fj#S 为了以特殊材料定义光栅,必须添加两个平面界面作为边界。 :' 5J[]J 4r83;3WXs
u[KxI9Q (xvg.Nby 两个平面界面间的介质可以使均匀的,也可以是调制的。 v6DjNyg<x 通过使用后者,可以非常有效地描述复杂的光栅结构,如柱状光栅。、 v Cej( )) IAzFwlO9 Jw=7eay$F 2. 柱状光栅介质 =\u,4 在库目录“LightTrans Defined”中,在柱状介质库中可以找到铬柱。 $Tv~ *|a 这种类型的介质可以模拟柱状结构以及衬底上的销孔。 SVZ@'X\[M
(;=|2N>7 在本例中,由铬组成的矩形柱位于熔融石英基底上 G:1QXwq\j 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。 lH?jqp 注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。 <V}q8k 请注意:界面的顺序总是从基板的表面开始计算。 b00$3,L 选中的界面以红色高亮显示。 zOA~<fhT 此外,这里不能定义光栅前面的介质(后一个界面后面)。它是自动从光栅元件前面的材料中取出的。 %CYo,
e
Y=|20Y\K 可以在光学设置编辑器中更改此材料。 \:@7)(p\; D^>d<LX &,8Qe; 堆栈周期允许控制整个配置的周期。 b3_P??yp 对于具有二维周期性的光栅,周期必须在x和y方向上定义。 AvZ5?rN$ 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。 doTbol?+ @D*PO-s9 3. 柱状光栅介质参数 z&n2JpLY7 通过以下参数定义柱状光栅: XPf{R619
'Q=)- 基材(凹槽的介质) d0}(d Gl 柱状材料(脊的材料) yKrbGK*=_ 柱的形状(矩形或椭圆形) irm4lb5 x方向(水平方向)柱距 x&J\ swN9 y方向(垂直方向)柱距 XM+.Hel 行移(允许行位移) Hmm0H6&u 光栅周期在x和y方向 "
wT?$E H-&27?s^ 根据柱栅的尺寸和距离自动计算柱栅的周期。 3QZm
*.
/" 因此,它不能单独设置,框显示为灰色。 {T^D&i# o @i(9k e0TxJ* 4. 高级选项&信息 !pRu?5 在传播菜单中有几个高级选项可用。 mzM95yQ^Z propagation method选项卡允许编辑FMM算法的精度设置。 2G-"HOG 可以设置每个方向上考虑的总阶数或倏逝波阶数。 yU/?4/G! 这可能是有用的,尤其是如果考虑金属光栅。 x
~)~v?>T
12L`Gi 相反,对于电介质光栅,默认设置就足够了。 |uz<) Advanced Settings选项卡提供关于结构分解的信息。 e(^I.`9z 层分解和过渡点分解设置可用于调整结构的离散性。默认设置适用于几乎所有光栅结构。 gfN=0Xj4
XRkUv>Yk 此外,还提供了关于层数和转换点的信息。 NBasf
n 分解预览按钮提供了用于FMM计算的结构数据的描述。折射率用色标表示。 f{L;, 定义的柱栅分解预览(俯视图)。 'ParMT •VirtualLab建议将其离散化为2层(1层表示基底)。 - |DWPU!" *XWu) >*o -Wmb
M]Z 基于界面的定义类型 re%XaL (例如:截锥光栅) 5Hj/7~ = 1. 堆栈编辑器 Xl2g Hh CeOA_M 2. 截锥光栅 *re?V9 在本例中,使用了“截锥光栅界面”。 d>I)_05t 这种类型的界面可以模拟圆形的高透射结构。 aynaV 在本例中,锥体是由位于同一材料基体上的熔融二氧化硅制成的。 Wz R)R9x]
<G<5)$
S 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。 cs\=8_5 注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。 oI`Mn3N 请注意:界面的顺序总是从基底的表面开始计算。 %=2sz>M+ 选中的界面以红色高亮显示。 EI?8/c 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。 "]p&7 这种材料可以在光学设置编辑器中更改。 kR^">s/H#
0e#PN@ 此外,锥体的材料会自动从界面之后的材料中取出。 HH6H4K3Zj 在本例中,这意味着使用基底(基块)的材料。 d)biMI}<5 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。 k0PwAt)65 然后根据需要选择截锥与平面界面之间的材料。 $$0<
& 堆栈周期允许控制整个配置的周期。 e~)4v 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。 & |