VirtualLab:构造二维周期性光栅结构

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。

VirtualLab:构造二维周期性光栅结构的图1

• 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定义的结构的方法。

• 提示:在VirtualLab软件中的光栅结构中,表现为二维周期性的被称作 三维光栅。同样的,层状光栅(一维周期性)被称作二维光栅。

初始化光栅工具箱

• 初始化

− 开始菜单栏 (Start)

光栅菜单栏(Grating) 

通用光栅光路图(三维光栅) General Grating Light Path  Diagram(3D Gratings)

VirtualLab:构造二维周期性光栅结构的图2

• 提示:对于特殊类型的光栅,例如柱形光栅,

可以在光栅工具箱中直接点击柱形光栅光路

图(三维光栅)(Pillar Grating Light

Path Diagram(3D Gratings))

设置光栅结构

• 首先,需要定义基底(Base Block)的厚度和介质。

• VirtualLab中光栅结构在堆栈(stack) 中定义。

• 可以在基底的前表面、后表面或者前后表面同时添加堆栈(stack)。

VirtualLab:构造二维周期性光栅结构的图3

• 例如,图中在前表面添加了堆栈(stack)。

VirtualLab:构造二维周期性光栅结构的图4

基于材料定义光栅的类型(例程:柱形光栅)

堆栈编辑器

在堆栈编辑器(Stack Editor)中,界面和材料可以从中目录(catalog) 中添加。

• 为了用一种特殊的介质定义光栅,需要添加两个平面界面,作为介质的边界。

VirtualLab:构造二维周期性光栅结构的图5

两个平面之间的介质类型可以是均匀介质(homogenous)或者调制介质(modulated)。

• 使用调制介质,就可以非常有效地描述复杂光栅结构,如柱形光栅。

VirtualLab:构造二维周期性光栅结构的图6

VirtualLab:构造二维周期性光栅结构的图7

柱形光栅介质

• 在目录类别中LightTrans预设(LightTrans Defined)下柱形介质类(pillar media)中可以添加铬柱(Chromium Pillars)。

• 这种介质可以仿真柱形结构或者在基底表面打孔的结构。

• 此例程中,矩形排布的金属铬圆柱位于熔融石英基底表面。

• 在堆栈编辑器的视图中,不同材料根据折射率的高低表示为不同深浅的颜色

(颜色越深,折射率越高)。

• 注意:堆栈编辑器固定显示x-z平面的横截面视图。

VirtualLab:构造二维周期性光栅结构的图8

• 请注意:界面添加的顺序固定由基底表面开始算起。

• 选中的界面会以红色突出显示。

VirtualLab:构造二维周期性光栅结构的图9

• 此外,无法在此处定义光栅前面的介质(指

最后一个界面后的介质)。它会自动从光栅部件前面的材料中提取。

• 可以在光学参数设置编辑器(Optical Setup Editor)中更改这处材料。

VirtualLab:构造二维周期性光栅结构的图10

• 堆栈周期(Stack Period)可以控制整个结构的周期。

• 对于二维周期性光栅,必须在x和y方向分别定义周期。

• 该周期也是FMM算法的周期边界条件。

• 对于简单的光栅结构,建议选择与介质周期一致 (Dependent from the Period of Medium) 选项,并选择合适的周期性介质的序号。

VirtualLab:构造二维周期性光栅结构的图11

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