Ansys光學仿真相關產品推薦

ZEMAX

Ansys Zemax是一套綜合性的光學設計軟件，它提供先進的、且符合工業標準的分析、優化、公差分析功能，能夠快速準確的完成光學成像及照明設計。

SPEOS

Ansys SPEOS是Ansys公司開發功能強大的專業用于光學設計、環境與視覺模擬系統、成像應用的光學仿真軟件, 強大的解決方案提供完美的可視化光學系統，和直觀的人機交互平臺，其仿真技術已經廣泛用于航空, 航天, 軍工，汽車，軌道交通、通用照明等工業領域的研究機構和知名公司，是全球少有的可依據人眼視覺特征和材料真實光學屬性進行的場景仿真的專業軟件。Ansys SPEOS光學仿真軟件基于可視化產品三維模型，直接采用數字化樣機，使用虛擬環境仿真平臺，進行視覺功效虛擬分析和人因環境評估，在產品設計階段對的方案可行性進行驗證，在設計前期發現、反饋和處理問題，使光學設計以高效率、超同步、易優化的工作實現很優的產品解決方案。

Lumerical

Ansys Lumerical是一款專業的光學虛擬仿真軟件，能夠為光子設計師提供全面的高精度設計和分析工具，使得設計師能夠從容地面對光設復雜的問題，進而降低開發成本。Ansys Lumerical可廣泛地應用于生物光子學，成像，照明，光伏等。其相應套件包括以下工具：FDTD、MODE、STACK、CHARGE/HEAT、DGTD/FEEM、MQW、INTERCONNECT和CMLC。

下面為大家介紹一下“Lumerical納米線柵偏振器仿真應用”，歡迎大家學習！

01 說明

/ Ansys Lumerical

由亞波長金屬光柵（納米線柵偏振器）組成的高對比度偏振控制器件正在取代體光學元件。納米線柵偏振器提供了較好的消光比對比度、最小的吸收以解決高亮度照明，以及緊湊的形狀以便于大規模制造和集成在小型光學器件中。然而，納米線柵偏振器的設計具有一定挑戰性，特別是考慮到制造缺陷。在本應用示例中，展示了如何使用FDTD在保持高透射率的同時，在任意角度上最大化納米線柵偏振器的對比度。

02 綜述

/ Ansys Lumerical

本例將計算由具有線寬W和厚度H的鋁納米線柵的玻璃襯底（n=1.4）制成的納米線柵偏振器的對比度。光源照射光柵偏振器上表面，即當電場與光柵線相切時偏振器應阻擋S偏振光，如上圖所示。

分析1：對比度 VS 光柵常數

本分析將計算厚度H=140nm的50%占空比光柵和正入射光的對比度與間距的關系，光柵常數將在40nm和240nm之間變化（對應于W＝20nm到W＝120nm的線寬變化），將繪制3個不同波長（λ=450nm、λ=550nm和λ=650nm）的結果。通過對具有幾個不同周期的光柵的透射對比度進行仿真，獲得的結果與參考文獻[1]獲得的結果一致。

圖1

同時，可以將Movie Monitor添加到仿真中以查看時域場，為了使視頻更容易理解，增加仿真范圍的大小以包括器件多個周期，在本例中仿真了器件的5個周期。

圖2 P（上）和S（下）偏振仿真視頻

分析2：對比度VS占空比

本分析將計算正入射的550nm光和140nm光柵常數的對比度作為占空比的函數，參數掃描計算了對比度VS光柵占空比，并繪制三個結果：對比度、S透射和P透射。

圖3 對比度 VS 占空比

圖3計算了鋁納米線柵偏振器的對比度作為光柵占空比的函數，顯示了對比度在7個數量級上變化，并且在0.9的占空比下具有最大值。

圖4 S-偏振光透射率 VS 占空比

圖4計算了鋁納米線柵偏振器的S-偏振光透射率作為光柵占空比的函數，仿真結果表明，對于50%的占空比，S-偏振光透射率約為8e10^-5，對于更大的占空比因子，S-偏振光透射率降低至10^-10。對于可制造的器件來說，10^-3量級的S-偏振光透射率更為現實。

圖5 P-偏振光透射 VS 占空比

圖5計算了鋁納米線柵偏振器的P-偏振光透射作為光柵占空比的函數，該曲線表明，P-偏振光的透射率隨著占空比的增加而降低。基于這些結果，占空比為50%的鋁光柵具有約85%的透射率。對于8e10^-5的s偏振透射，理想的50%占空比鋁光柵可以實現大約1e10^4的對比度。

上述結果表明，可以獲得1e10^4量級的對比度。然而，由于制造缺陷，這么大的對比度在實踐中實現還有困難。

分析3：斜入射

本分析將研究涉及用非正入射光照射納米線柵偏振器，在45度入射角下仿真具有50%占空比結構（550nm波長，140nm光柵常數）的透射率，并生成場振幅和相位圖。

仿真參數將相應做如下修改：

?邊界條件從周期性改變為Bloch，這是斜入射照明所需的；

?光源入射角度旋轉45度；

?仿真邊界沿Y軸增加，以使場更易于可視化；

?光源偏振設置為P（或TE）。

圖6 斜入射電場強度

圖6繪制了納米線柵偏振器的橫截面的電場強度，可以看見光柵上方沒有觀察到干涉圖案，這是由于角度正好是45度，對于其他角度將觀察到干涉圖案。

圖7 電場Ex和Ey的實部

圖7是電場Ex(左)和Ey(右)場分量的實部，鋁金屬光柵上方區域中的波紋是由入射光和從納米線柵偏振器上表面反射的光之間的干涉造成的。

圖8 電場Ex和Ey場分量的相位

圖8是電場Ex(左)和Ey(右)場分量的相位，波前角度的變化是由于硅襯底相對于鋁光柵納米線柵偏振器上方的空氣區域的較高折射率所致。

此外，鋁光柵線柵偏振器對于正常入射的平面波具有大約85%的TE透射率，45度入射時透射約為89%，基本不變。

審核編輯 ：李倩