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摘要 KB6`OT^b{r 2!;U.+( 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。 ua]?D2
C}8 3t~Q 1. 本案例主要说明: {}1KI+s9\ 如何在光栅工具箱中配置二维光栅结构,通过: ,%EGM+ - 基于介质的定义类型 7o4B1YD - 基于表面的定义类型 0>)F+QC 计算前如何改变高级选型并检查定义的结构。 't<hhjPqY 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。 t'im\_$F Z@ZSn0 2. 光栅工具箱初始化 _W^{,*p 初始化 :Wl`8p4] - 开始→ 2V)qnMxAZJ 光栅→ {&d )O 一般光栅光路图(3D光栅) 6h3TU,$r j=5hW.fI
aYd`E4S+ 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。 *e}1KcJ YMD&U
3. 光栅结构配置 uPQrDr5 首先,必须先定义基底的厚度与材料 d
gRTV<vM 在VirtualLab中,光栅结构有一个所谓的堆栈进行定义 =%ZR0cWPoI 堆栈可以附属在基底的一侧或两侧。 [[gfR'79{ 例如,堆栈选择附属在第一表面。 SvN2}]Kh MMS#Ci=Lj 基于介质的定义类型 .Mu]uQUF (例如:柱状光栅) yi@mf$A| 1. 堆栈编辑器 AAPfU_:
^ 在堆栈编辑器中,可以从库中增加和插入界面和介质。 mj_V6`m4 为了以特殊材料定义光栅,必须添加两个平面界面作为边界。 &=`6- J WSV[)-=:
z;+LU6V BOf)27) 两个平面界面间的介质可以使均匀的,也可以是调制的。 X Cf!xIv 通过使用后者,可以非常有效地描述复杂的光栅结构,如柱状光栅。、 -P[bA0N, \\i$zRi %^
g(2^ 2. 柱状光栅介质 !p$k<?WX c 在库目录“LightTrans Defined”中,在柱状介质库中可以找到铬柱。
fgE Mn; 这种类型的介质可以模拟柱状结构以及衬底上的销孔。 &p6^
SlojB ^% 在本例中,由铬组成的矩形柱位于熔融石英基底上 5x1_rjP$| 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。 1H]E:Bq 注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。 5KvqZ1L 请注意:界面的顺序总是从基板的表面开始计算。 XbMAcgS 选中的界面以红色高亮显示。 2#g4R 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。 d 0CFMy6
bdz&"\$X 可以在光学设置编辑器中更改此材料。 CY
i{WV(: ygSvYMC ct-;L' a 堆栈周期允许控制整个配置的周期。 w\2yippI 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。 Qb~&a1&s# 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。 @#W$7Gwf0 2<GN+Wv[# 3. 柱状光栅介质参数 H]d'#1G 通过以下参数定义柱状光栅: OJ2I (8P
RRBBz7:~ 基材(凹槽的介质) T_1p1Sg 柱状材料(脊的材料) gP 6`q 柱的形状(矩形或椭圆形) ;)gNe:Q x方向(水平方向)柱距 ?~#{3b y方向(垂直方向)柱距 Zk#?.z} 行移(允许行位移) h&$,mbEoI 光栅周期在x和y方向 [tY+P7j9) $dgez#TPL 根据柱栅的尺寸和距离自动计算柱栅的周期。 K`% I!Br 因此,它不能单独设置,框显示为灰色。 z3>oUq{ @E5}v Pu7cL 4. 高级选项&信息 Yiy|^j 在传播菜单中有几个高级选项可用。 \NI0rL propagation method选项卡允许编辑FMM算法的精度设置。 ` "JslpN 可以设置每个方向上考虑的总阶数或倏逝波阶数。 SP
|R4*KY 这可能是有用的,尤其是如果考虑金属光栅。 @mu2,%
P 2^((c 相反,对于电介质光栅,默认设置就足够了。 baL-~`(T Advanced Settings选项卡提供关于结构分解的信息。 =gb(<`{> 层分解和过渡点分解设置可用于调整结构的离散性。默认设置适用于几乎所有光栅结构。 4hh=z>$|l)
OP}8u"\Z 此外,还提供了关于层数和转换点的信息。 BL Q&VI4 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。 ?=X_a{}/ 定义的柱栅分解预览(俯视图)。 +HxL>\ •VirtualLab建议将其离散化为2层(1层表示基底)。 ZFsJeF'" "-;l{tL %B{NH~ 基于界面的定义类型 |L"!^Y#=D (例如:截锥光栅) K9+C3"*I 1. 堆栈编辑器 ;\gsd'i oI6o$C 2. 截锥光栅 Md4JaFA( 在本例中,使用了“截锥光栅界面”。 "TgE@bC 这种类型的界面可以模拟圆形的高透射结构。 o)hQ]d 在本例中,锥体是由位于同一材料基体上的熔融二氧化硅制成的。 dfoFs&CSKh
SWGD(]}uz 在堆栈编辑器的视图中,不同的材料根据折射率(深色意味着更高)用其他颜色表示。 u/2!v( 注意:堆栈编辑器总是提供x-z平面的横断面视图。 U|HF;L 请注意:界面的顺序总是从基底的表面开始计算。 fsDwfwil* 选中的界面以红色高亮显示。 |,wp@)e6h 此外,这里不能定义光栅前面的介质(后一个界面后面)。它是自动从光栅元件前面的材料中取出的。 E-_Q3^ 这种材料可以在光学设置编辑器中更改。 yHL5gz@k
A+Xk=k5< 此外,锥体的材料会自动从界面之后的材料中取出。 *1[v08?! 在本例中,这意味着使用基底(基块)的材料。 P5*~Wi` 如果光栅结构是由不同的材料制成的,则必须添加额外的平面界面,以便将光栅结构与底座分离。 T]fu[yRVvg 然后根据需要选择截锥与平面界面之间的材料。 CrIt h/Z 堆栈周期允许控制整个配置的周期。 ~yvOR`2Gg 对于具有二维周期性的光栅,周期必须在x和y方向上定义。 Uc3-n`C 79 svlq= 该周期也用于FMM算法的周期性边界条件。 VYZkHjj)2i 对于简单的光栅结构,建议从介质周期中选择“相关的”(Dependent)选项,并选择适当的周期介质指数。 oT\u^WU 3. 截锥光栅参数 02~+$R]L 柱栅是一个可编程接口,由以下参数定义: :uD*Q/
0`
{6~p 锥高度 ?5< |