抗反射蛾眼结构的严格分析与优化

案例514（2.0）

该应用案例演示了对亚波长尺寸的抗反射蛾眼结构的严格分析与优化。此外，对直径和高度等结构参数的影响进行了研究，并说明了反射率对波长及入射角变化的敏感度。

1. 建模任务

 对全部反射光进行严格仿真并对结构参数进行优化。

 假设确定的蛾眼结构作为截锥三维光栅。
2. 建模任务：3维平顶锥

3. 3维光栅结构建模

 VirtualLab提供了不同预定义的光学界面用来简化复杂3维光栅的设计。

 例如截锥金字塔和锥体可从现有目录中选择。

 可将周期性再现功能应用于任意形状光学界面，用来建立微透镜阵列或混合透镜。
4. 结构参数

优化过程中保持不变的参数：
1. 高度因子：1(该参数可用于翻转结构)
2. 底部直径：125nm
3. 周期尺寸：125nm
优化过程中变化的参数：
1. 高度(顶圆直径=30nm)
2. 顶部直径(高度为1中优化后的高

5. 3维截锥结构的建模

 VirtualLab提供了不同选项来设计3维截锥结构。

 如高度、顶部及底部直径等重要的参数可非常方便地进行调整。

 通过“周期化”标签，所有指定的面都可被周期化定义。

6. 顶部直径的优化

 利用参数运行文档，找到最佳的顶部直径(最低的反射率)

 当截锥顶部直径小于100nm时，随直径增大，反射率缓慢增大；当顶部直径大于100nm时，随直径增大，反射率迅速增大。

 直径过小可能给生产带来问题。因此，在后续的演示中将直径选择30nm

7. 锥体高度的优化

 利用参数运行功能确定最佳的锥体高度(考虑之前优化后的顶部直径30nm)。

 在锥体高度为390nm处获得最小反射率(对于垂直入射)。

8. 角度敏感度分析

 在入射角小于60°时，抗反射结构有效降低反射率(近似于0)

 由于采用偏振光(TM)，以55°入射在无抗反射结构的平面上时，反射率为0(所谓的布儒斯特角)。

9. 波长关系分析

 抗反射结构在宽光谱范围内(可见光范围)降低了反射率，此处显示的是垂直入射。

 利用在532nm的优化策略使反射率最低值出现在532nm处。

10. 总结

 VirtualLab中的光栅工具箱可对亚波长级别的3维光栅结构进行严格的分析。

 这种分析采用全矢量傅里叶模态法，并在VirtualLab中使用。

 利用参数运行，可进行光栅参数的优化以及光学函数的执行。

 利用参数运行功能，也可对3维周期结构与入射角度和波长的关系进行分析。

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