摘要
復(fù)雜光學(xué)光柵結(jié)構(gòu)被廣泛用于多種應(yīng)用，如光譜儀、近眼顯示系統(tǒng)等。利用傅里葉模態(tài)法(FMM，或稱RCWA) VirtualLab Fusion 提供了一種用于任意光柵結(jié)構(gòu)嚴格分析的簡單方法。利用圖形用戶界面，用戶可以設(shè)置堆棧的幾何形狀，從而產(chǎn)生復(fù)雜的光柵結(jié)構(gòu)。本案例主要集中于具有二維周期光柵結(jié)構(gòu)的配置。
1. 本案例主要說明：
如何在光柵工具箱中配置二維光柵結(jié)構(gòu)，通過：
- 基于介質(zhì)的定義類型
- 基于表面的定義類型
計算前如何改變高級選型并檢查定義的結(jié)構(gòu)。
注意：在VirtualLab中，具有二維周期性的光柵結(jié)構(gòu)稱作3D光柵。因此，層狀光柵(一維光柵)被稱為2D光柵。
2. 光柵工具箱初始化
初始化
- 開始→
光柵→
一般光柵光路圖(3D光柵)
注意：對于特殊類型的光柵，如柱狀光柵，可以直接選擇特定的光路圖。
3. 光柵結(jié)構(gòu)配置
首先，必須先定義基底的厚度與材料
在VirtualLab中，光柵結(jié)構(gòu)有一個所謂的堆棧進行定義
堆�？梢愿綄僭诨椎囊粋�(cè)或兩側(cè)。
例如，堆棧選擇附屬在第一表面。
基于介質(zhì)的定義類型
(例如：柱狀光柵)
1. 堆棧編輯器
在堆棧編輯器中，可以從庫中增加和插入界面和介質(zhì)。
為了以特殊材料定義光柵，必須添加兩個平面界面作為邊界。
兩個平面界面間的介質(zhì)可以使均勻的，也可以是調(diào)制的。
通過使用后者，可以非常有效地描述復(fù)雜的光柵結(jié)構(gòu)，如柱狀光柵。、
2. 柱狀光柵介質(zhì)
在庫目錄“LightTrans Defined”中，在柱狀介質(zhì)庫中可以找到鉻柱。
這種類型的介質(zhì)可以模擬柱狀結(jié)構(gòu)以及襯底上的銷孔。
在本例中，由鉻組成的矩形柱位于熔融石英基底上
在堆棧編輯器的視圖中，不同的材料根據(jù)折射率(深色意味著更高)用其他顏色表示。
注意:堆棧編輯器總是提供x-z平面的橫斷面視圖。
請注意:界面的順序總是從基板的表面開始計算。
選中的界面以紅色高亮顯示。
此外，這里不能定義光柵前面的介質(zhì)（后一個界面后面）。它是自動從光柵元件前面的材料中取出的。
可以在光學(xué)設(shè)置編輯器中更改此材料。
堆棧周期允許控制整個配置的周期。
對于具有二維周期性的光柵，周期必須在x和y方向上定義。
該周期也用于FMM算法的周期性邊界條件。對于簡單的光柵結(jié)構(gòu)，建議從介質(zhì)周期中選擇“相關(guān)的”（Dependent）選項，并選擇適當(dāng)?shù)闹芷诮橘|(zhì)指數(shù)。
3. 柱狀光柵介質(zhì)參數(shù)
通過以下參數(shù)定義柱狀光柵：
基材(凹槽的介質(zhì))
柱狀材料(脊的材料)
柱的形狀(矩形或橢圓形)
x方向(水平方向)柱距
y方向(垂直方向)柱距
行移(允許行位移)
光柵周期在x和y方向
根據(jù)柱柵的尺寸和距離自動計算柱柵的周期。
因此，它不能單獨設(shè)置，框顯示為灰色。
4. 高級選項&信息
在傳播菜單中有幾個高級選項可用。
propagation method選項卡允許編輯FMM算法的精度設(shè)置。
可以設(shè)置每個方向上考慮的總階數(shù)或倏逝波階數(shù)。
這可能是有用的，尤其是如果考慮金屬光柵。
相反，對于電介質(zhì)光柵，默認設(shè)置就足夠了。
Advanced Settings選項卡提供關(guān)于結(jié)構(gòu)分解的信息。
層分解和過渡點分解設(shè)置可用于調(diào)整結(jié)構(gòu)的離散性。默認設(shè)置適用于幾乎所有光柵結(jié)構(gòu)。
此外，還提供了關(guān)于層數(shù)和轉(zhuǎn)換點的信息。
分解預(yù)覽按鈕提供了用于FMM計算的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的描述。折射率用色標(biāo)表示。
定義的柱柵分解預(yù)覽(俯視圖)。
•VirtualLab建議將其離散化為2層(1層表示基底)。
基于界面的定義類型
(例如：截錐光柵)
1. 堆棧編輯器
2. 截錐光柵
在本例中，使用了“截錐光柵界面”。
這種類型的界面可以模擬圓形的高透射結(jié)構(gòu)。
在本例中，錐體是由位于同一材料基體上的熔融二氧化硅制成的。
在堆棧編輯器的視圖中，不同的材料根據(jù)折射率(深色意味著更高)用其他顏色表示。
注意:堆棧編輯器總是提供x-z平面的橫斷面視圖。
請注意:界面的順序總是從基底的表面開始計算。
選中的界面以紅色高亮顯示。
此外，這里不能定義光柵前面的介質(zhì)（后一個界面后面）。它是自動從光柵元件前面的材料中取出的。
這種材料可以在光學(xué)設(shè)置編輯器中更改。
此外，錐體的材料會自動從界面之后的材料中取出。
在本例中，這意味著使用基底(基塊)的材料。
如果光柵結(jié)構(gòu)是由不同的材料制成的，則必須添加額外的平面界面，以便將光柵結(jié)構(gòu)與底座分離。
然后根據(jù)需要選擇截錐與平面界面之間的材料。
堆棧周期允許控制整個配置的周期。
對于具有二維周期性的光柵，周期必須在x和y方向上定義。
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