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。

• 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)

• 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)。

• 例如，图中在前表面添加了堆栈(stack)。

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。

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。

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。

• 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。

• 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。

• 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。

鉴