摘要
')Q 0
k.\o"y 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。
3F?7oMNIh
PglSQ2P 1. 本案例主要说明:
|(%=zb=?X 如何在光栅工具箱中配置二维光栅结构,通过:
aD(3.=[R - 基于介质的定义类型
)3IUKz%\6p - 基于表面的定义类型
.FN;3HU 计算前如何改变高级选型并检查定义的结构。
/[=Yv! 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。
E^iShe L6?~<#-m\M 2. 光栅工具箱初始化
o;9 G{Xj3@ 初始化
DPlDuUOd - 开始→
kwXUjnp 光栅→
3'Hz,qP 一般光栅光路图(3D光栅)
XDY QV.Bv 3PjX;U|
*HsA.W~2W 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。
BM~6P|&qD ew \WV" 3. 光栅结构配置
ur:8`+"
( 首先,必须先定义基底的厚度与
材料 4Q!|fn0Sv 在VirtualLab中,光栅结构有一个所谓的堆栈进行定义
hj=qWGRgI 堆栈可以附属在基底的一侧或两侧。
4]HW!J 例如,堆栈选择附属在第一表面。
%a I,K0\
$bDaZGy 基于介质的定义类型
<vE|QxpR (例如:柱状光栅)
A<]
$[2qPj 1. 堆栈编辑器
abAw#XQ8 在堆栈编辑器中,可以从库中增加和插入界面和介质。
m-qu<4A/U| 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。
=9Vo [ 'yosDT2{#
V'tqsKQ! G|*&owJ 两个平面界面间的介质可以使均匀的,也可以是调制的。
p+pu_T;~ 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。、
A^E 6)A=
$dxA7 `L y"Pd>61h 2. 柱状光栅介质
)7{r8a 在库目录“LightTrans Defined”中,在柱状介质库中可以找到铬柱。
i)] f0F 这种类型的介质可以
模拟柱状结构以及衬底上的销孔。
]HaX.Z<
,1g_{dMx 在本例中,由铬组成的矩形柱位于熔融石英基底上
>=d 5Scix 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。
9[`c"Pd 注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。
2z.~K&+x 请注意:界面的顺序总是从基板的表面开始计算。
mrq,kwM 选中的界面以红色高亮显示。
-dWg1`; 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。
{{Qbu}/@
2cO6'?b 可以在光学设置编辑器中更改此材料。
@tJ4^<`P{ JljCI@
.hM t:BMf* 堆栈周期允许控制整个配置的周期。
kdWUz( 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。
!MrQ-B ( 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。
lX-i <0`
J0
dY%pH# 3. 柱状光栅介质
参数 l[]cUE 通过以下参数定义柱状光栅:
*T#^|<.XG
HYmUD74FR 基材(凹槽的介质)
@( \R@`# 柱状材料(脊的材料)
c:52pYf+ 柱的形状(矩形或椭圆形)
qcouZO x方向(水平方向)柱距
A|,qjiEJCc y方向(垂直方向)柱距
W"*2,R[}% 行移(允许行位移)
$hHV Ie]+ 光栅周期在x和y方向
CPL,QVO9
Q)y5'u qZ 根据柱栅的尺寸和距离自动计算柱栅的周期。
#?k</~s6M` 因此,它不能单独设置,框显示为灰色。
J2 / 19'QE
7AS_Aw1L Vhh=GJ 4. 高级选项&信息
9=j)g 在传播菜单中有几个高级选项可用。
:h |]j[2p propagation method选项卡允许编辑FMM算法的精度设置。
zRa2iCi 可以设置每个方向上考虑的总阶数或倏逝波阶数。
7p hf 这可能是有用的,尤其是如果考虑金属光栅。
ZDAW>H<
}zS5o
[OE 相反,对于电介质光栅,默认设置就足够了。
g1?9ge1 Advanced Settings选项卡提供关于结构分解的信息。
uO-|?{29 层分解和过渡点分解设置可用于调整结构的离散性。默认设置适用于几乎所有光栅结构。
sa&`CEa
P;@j 此外,还提供了关于层数和转换点的信息。
Z:<an+v|5 分解预览按钮提供了用于FMM计算的结构数据的描述。折射率用色标表示。
3z, Ci$[ 定义的柱栅分解预览(俯视图)。
"OA{[)fw" •VirtualLab建议将其离散化为2层(1层表示基底)。
=-_hq'il /M::x+/T
Cl9rJ oT 基于界面的定义类型
t1 U+7nM (例如:截锥光栅)
A)4XQF 1. 堆栈编辑器
?pfr^
!@$
G&Dl($ 2. 截锥光栅
3^nH>f-Y 在本例中,使用了“截锥光栅界面”。
ez ! W0 这种类型的界面可以模拟圆形的高透射结构。
m(?{#aaq 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。
oGB|k]6]|
F81EZ/ 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。
R|'W#"{@ 注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。
$.kJBRgV* 请注意:界面的顺序总是从基底的表面开始计算。
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>\4'q 选中的界面以红色高亮显示。
8Z_ 4%vUBg 此外,这里不能定义光栅前面的介质(后一个界面后面)。它是自动从光栅元件前面的材料中取出的。
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这种材料可以在光学设置编辑器中更改。
pqb`g@
}% q-9 此外,锥体的材料会自动从界面之后的材料中取出。
nw%9Qw 在本例中,这意味着使用基底(基块)的材料。
-aVC` 如果光栅结构是由不同的材料制成的,则必须添加额外的平面界面,以便将光栅结构与底座分离。
A)3H`L 然后根据需要选择截锥与平面界面之间的材料。
Q!qD3<?5 堆栈周期允许控制整个配置的周期。
!`RMXUV 对于具有二维周期性的光栅,周期必须在x和y方向上定义。
X[r0$yuE 该周期也用于FMM算法的周期性边界条件。
c?EvrtND 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。
9]w?mHslE 3. 截锥光栅参数
IQ_s]b;z 柱栅是一个可编程接口,由以下参数定义:
G" E_4YkJ
hmd3W`8D 锥高度
|idw?qCn 高度因子(例如允许反转结构)
:>;F4gGVG 顶部直径
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