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

工具箱:光栅工具箱

关键词:矩形光栅界面 转变点列界面 近场分析 内部场分析

组合光栅结构参数:

VirtualLab矩形组合光栅建模的图1

图1:光栅参数示意图

使用VirtualLab光栅工具箱进行建模

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)

VirtualLab矩形组合光栅建模的图2

(1)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图3

(2)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图4

(3)

图2:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤1)示意图

2) 双击VirtualLab矩形组合光栅建模的图5 ,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。

VirtualLab矩形组合光栅建模的图6

图3:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤2)示意图

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。

VirtualLab矩形组合光栅建模的图7

(1)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图8

(2)

VirtualLab矩形组合光栅建模的图9

(3)

图4:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤3)示意图

4) 点击VirtualLab矩形组合光栅建模的图10 ,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

VirtualLab矩形组合光栅建模的图11

图5:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤4)示意图

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:

(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。

(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)。

(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。


VirtualLab矩形组合光栅建模的图12  

(1)

VirtualLab矩形组合光栅建模的图13

(2)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图14

(3)

图6:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤5)示意图

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:

VirtualLab矩形组合光栅建模的图15  

图7:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤6)示意图

7) 设置光学界面后的介质类型(Subsequent Medium),点击VirtualLab矩形组合光栅建模的图16,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。

VirtualLab矩形组合光栅建模的图17

(1)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图18

(2)

图8:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤7)示意图


8) 在堆栈界面观察组合光栅的剖面图以及点击VirtualLab矩形组合光栅建模的图19观察其3D视图

VirtualLab矩形组合光栅建模的图20

(1)组合光栅剖面图


VirtualLab矩形组合光栅建模的图21

(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)。


VirtualLab矩形组合光栅建模的图22

图10:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤9)示意图

10) 高级设置标签(Advanced Settings),单击VirtualLab矩形组合光栅建模的图23 ,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。

VirtualLab矩形组合光栅建模的图24

(1)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图25

(2)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图26

(3)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图27

(4)

图11:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤10)示意图


11) 进行近场分析:

VirtualLab矩形组合光栅建模的图28

(1)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图29

(2)透射场振幅分布                (3)反射场振幅分布

图12:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤11)示意图

12) 双击VirtualLab矩形组合光栅建模的图30 ,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。

VirtualLab矩形组合光栅建模的图31

图13:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤12)示意图


13) 点击VirtualLab矩形组合光栅建模的图32 ,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。


VirtualLab矩形组合光栅建模的图33

(1)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图34

(2)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图35

(3)

图14:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤13)示意图

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)

VirtualLab矩形组合光栅建模的图36

(1)


VirtualLab矩形组合光栅建模的图37

(2)

点击VirtualLab矩形组合光栅建模的图38 ,计算组合光栅内部Ex和Ez的振幅分布。

VirtualLab矩形组合光栅建模的图39

(3)Ex 振幅分布                   (4)Ez振幅分布

图15:使用VirtualLab光栅工具箱进行建模步骤14)示意图

总结:

1) 使用光栅工具箱的矩形界面和转变点列界面可以构建不同结构的组合光栅

2) 使用傅里叶模态法(FMM)和薄元近似法(TEA)可以针对不同特征尺寸的光栅结构进行模拟仿真

3) 使用光栅工具箱中的光栅衍射效率分析器可以进行各级次的效率分析

4) 使用光栅工具箱中的元件内部场分析器可以获得光栅内部场的分布。


virtuallab光学设计及仿真光栅

VirtualLab矩形组合光栅建模的评论2条

VirtualLab矩形组合光栅建模的相关案例教程

本案例将解释如何在VirtualLab中进行三维光栅建模 本案例所使用的工具箱为光栅工具箱 基于堆栈结构进行光栅模拟的光栅工具箱具有两种类型的光栅,分别为二维(2D)光栅和三维(3D)光栅 基于堆栈的光栅元件包含一个基板(base block),堆栈(stack)则位于基板的边界上,基板为均匀介质,下图为三种类型的堆栈-基板结构 建模步骤如下: 1. 进入VirtualLab软件主窗口,通过解决方
复杂光栅结构被广泛应用于光谱仪、近眼显示系统等领域。VirtualLab Fusion 软件用傅立叶模态法(FMM,或者RCWA)一种简易的仿真方法来严格分析任意的光栅结构。使用图形用户界面,可以设置堆栈的几何图形,从而生成复杂的光栅结构。此例程主要用于构建具有二维周期性特征的光栅。 • 光栅工具箱中构建二维光栅的方法 − 基于介质定义的类型 − 基于界面定义的类型 • 计算之前修改高级选项和检查
VirtualLab Fusion:基本工具箱+衍射工具箱 1.建模任务 • 这个案例演示了设计一个理想化微结构的光束整形镜。 • 光束整形镜产生一个任意相位调制(非离散相位级次)。 • 反射镜将高斯激光束整形成一个圆形高帽。 • 这个案例将演示计算反射镜的光学函数。 • 在开始此案例之前,我们迫切建议您阅读案例LBS.001和545。 入射激光光束 • 波长:632.8nm • 激光光束直径(1
摘要 薄元近似(TEA)是傅里叶光学中广泛应用的计算光栅衍射效率的方法。然而,我们也知道,对于较小的光栅周期,也就是当其更接近于光的波长时,近似变得不准确。在本例中,选择了两种类型的传输光栅来展示这种效果:正弦光栅和闪耀光栅。我们使用TEA和FMM(也称为RWCA,这是严格的)来分析这种具有不同周期的光栅,通过比较结果,我们研究了两种方法的表现 建模任务 光栅元件 通用光栅组件(General G
1. 摘要 在最近的几十年里,COMS传感器的像素尺寸由最初大于10um以发展至2um,甚至更小。通过减小像素尺寸以获得更高的空间分辨率。与此同时,这也为覆盖在每个像素上的微透镜的功能带来了疑问。在此示例中,我们研究了像素大小等于或小于2um CMOS传感器的性能。 并在仿真分析中采用严格的FMM / RCWA以检测微透镜的有效性。 2. 建模任务 采用的几何参数来自Y. Huo, et al.,
影响力
粉丝
内容
获赞
收藏
    项目客服
    培训客服
    2 0