VirtualLab矩形组合光栅建模
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 h6} lpd 工具箱:光栅工具箱 ;j4?>3 关键词:矩形光栅界面 转变点列界面 近场分析 内部场分析 l x,"EOP 组合光栅结构参数: XS$OyW_Q
图1:光栅参数示意图 SJIOI@\b 使用VirtualLab光栅工具箱进行建模 #>j.$2G> i\W/C 1) 操作如下图(1)(2):解决方案(Solutions)/光栅工具箱(Grating Toolbox)/二维光栅仿真(2D Grating Simulations)/自定义光栅光路流程图(General Grating Light Path Diagram),生成光栅光路图, 如下图(3) -!c"k}N=
(1) F'hHK.tT
(2) cI=(\pC
(3) ,\qs4& 图2:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤1)示意图 It{ ;SKeo 2) 双击 ,进入光栅编辑窗口(Edit General Grating 2D)/结构与功能子窗口(Structure/Function),确定基板材料和厚度,并选择堆栈界面。 ^5=B`aich 5Kkdo!z
图3:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤2)示意图 dDF
.qXq. 3) 进入堆栈界面,即堆栈编辑窗口(Edit),通过添加(Add)按钮依次添加平面(Plane Interface),矩形光栅界面(Rectarngular Grating Interface)以及转变点列界面(Transition Point List Interface)以构建矩形组合光栅。 W3iZ|[E; OK\A</8r
(1) JGuN:c$  (2) `F/Tv 5@L (3) 图4:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤3)示意图 }[M`uZ 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 92^w8Z. Me=CSQqf<
图5:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤4)示意图 =C~/7N,lW] 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: 8>7&E- 4q<=K= F (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。 Zfyo-Wk QcgfBsv96 (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)。 .w]GWL q`pP$i: (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。 )KP5WudX F+@5C:<?
(1) U*3uq7 $ aUo aI  (2) (3) 图6:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤5)示意图 6C-z=s)P& 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: i\dc>C ; ~q~MoN<R
图7:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤6)示意图 vBog0KD);s 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。 7^g&)P &B|D;|7H
(1) Ps 8%J;  (2) 图8:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤7)示意图 *cEob b 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 f"St&q>[s n/h,Lr)Z
(1)组合光栅剖面图 SCz(5[MZJ  (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)。 '{(UW.Awo qM.bF&&Go lv]hTH 4T
:hM/f 图10:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤9)示意图 0C>%LJ8r }X=[WCKU 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。 `P9XqWr U{VCZ*0cj
(<)]sp2 (1) ldp%{"ZZ F}=aBV|-
$_x^lr (2) W>O~-2 ,13Lq-
/FIE:Io (3) T8HF|%I t1%_DPD%W
=J ym%m (4) nH<eR)0 图11:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤10)示意图 DS'n o0pII )v 11) 进行近场分析: [B|MlrZ
EbdfV-E
cra+T+|>Kc (1) o9H^?Rut tuhA
9}E [AW"
D3 (2)透射场振幅分布 (3)反射场振幅分布 p8]68!=W\F 图12:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤11)示意图 /jRRf"B V,G|k!! 12) 双击 ,进入光栅衍射效率分析器编辑窗口(Edit Grating Efficiency Analyzer),并做如下图设置。 +9")KQT t8dm)s[r8
PZ*pQ=` 图13:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤12)示意图 !Uq^7Mw z5r$M 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。 $t6e2=7 R>(@ZM& ?G-e](]^<
UNkCL4N (1) 7=DjI ~ ruazOmnn~
%y%j*B!% (2) o!!yd8~*r iV eC=^1
rhb@FE)Mc (3) 4'LB7}WG 图14:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤13)示意图 )-`;1ca)s HdPoO; 14) 在光路流程图(Light Path Diagram)中添加元件内部场分析器(Field Inside Component Analyzer: FMM)进行内部场分析:参数设置如图15(1)(2),结果图为(3)(4) N+y&,N, ^)W[l!!<)
:.45u}[ (1) PgRDKygE |K|h+fgG6*
7%{ | (2) aM$W*-Y I;1lX
L 点击 ,计算组合光栅内部Ex和Ez的振幅分布。 Z>^pCc\lH /*c\qXA5 |H!9fZO (3)Ex 振幅分布 (4)Ez振幅分布 D7S'*;F 图15:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤14)示意图 mI>,.&eo 总结: W< |