fdtd案例分析续篇

1、www.hikey- FDTD SolutionsFDTD Solutions应用应用案例案例续篇续篇 微纳光学软件微纳光学软件 www.hikey- FDTD Solutions应用案例分析二应用案例分析二 FDTD Solutions应用实例库 2 www.hikey- FDTD Solutions软件应用实例库软件应用实例库 1、FDTD Solutions应用实例库 纳米粒子散射 纳米线栅偏振器 光子晶体VCSEL SPR纳米光刻 薄膜太阳能器件 波导微腔 3 www.hikey- 实例一实例一 ：纳米粒子纳米粒子散射散射 1、纳米粒子等离子体纳米粒子等离子体: :散射、吸收、和灭绝截面测量散射、吸收、和灭绝截面测量FDTDFDTD的的 解决解决方案方案 光入射金属纳米颗粒,共振交互与电子电荷密度表面附近, 称为表面等离子体著,扮演一个重要角色在确定效率与入 射光吸收及散射。在这个例子中,我们确定,对于一个银纳 米线,直径50纳米,freqeuncy依赖polariton表面等离子体 共振和计算散射,横截面灭绝和吸收波长的函数在这附近 共振。字段的数量提高近于兴奋时,表面上共振

2、决定。 4 www.hikey- 纳米纳米粒子粒子散射散射 第一第一步：步：构造纳米工程在构造纳米工程在layout编辑器和模拟编辑器和模拟 layout编辑器中显示的位置的模拟对象。不同的对象的类( 物理原语,辐射源、监视器)的色彩编码的辨识。对象可以移 动鼠标并调整容易。使用total-field scattered-field源来激发纳 米粒子与宽带光学signalmakes很容易确定物种灭绝,吸收和散 射场谱从单一仿真。 5 www.hikey- 纳米粒子散射纳米粒子散射 6 www.hikey- 纳米粒子散射纳米粒子散射 7 第二步：获得的理解第二步：获得的理解看那部电影看那部电影 电影展示了仿真动态很容易创建,并提供信息,有助于理解的 设备的行为。在这里,电影展示了如何宽带光脉冲在近场交互与 银纳米粒子。 第三步：测量时间响应第三步：测量时间响应 综合分析程序帮助数据分析和可视化。从下拉菜单选择哪个 监视器你要分析,而字段组件的兴趣。例如,通过选择实时监控 和磁场中的组件z-direction从下拉菜单、一块时间信号很容易 产生。 www.hikey- 纳米粒子散射纳米粒子

3、散射 8 www.hikey- 纳米粒子散射纳米粒子散射 第四步第四步: :测量散射、吸收、断面和灭绝测量散射、吸收、断面和灭绝 内置的参数扫描分析和优化环境可以用来执行参数清洁工 分发工作在大量的计算机,和速度仿真和分析。在这里,我们 使用定制的分析程序中可用的解决方案知识库,采用时域有 限差分计算散射、吸收和灭绝交叉区域的纳米粒子,进行比 较与分析响应。 9 www.hikey- 纳米粒子散射纳米粒子散射 10 www.hikey- 纳米粒子散射纳米粒子散射 第五步第五步: :确定野外剖面和关闭共振确定野外剖面和关闭共振 利用频域监视器记稳态/连续波响应的兴趣。多个稳定状 态响应可以确定在一个模拟,从而节省了时间序列在解决方 案的技术,需要执行模拟在每个频率点的兴趣。 11 www.hikey- 纳米粒子散射纳米粒子散射 12 www.hikey- 实例实例二二 ：纳米线栅偏振器：纳米线栅偏振器 1 1、纳米、纳米线网格偏振镜紧凑光子偏振控制元素线网格偏振镜紧凑光子偏振控制元素与解决方与解决方 案设计和优化案设计和优化FDTDFDTD 高对比度极化控制装置的组成sub-wavele

4、ngth金属光栅- 纳米线偏振器件正在取代网格批量光学元素。纳米线 网格偏振器件提供改进消光比对比,最小的吸收来解决高 亮度照明,紧凑的形式因素促进大规模生产和集成在小型 光学组件。然而,纳米线偏振器件是富有挑战性的网格组 件来设计,特别是如果制造缺陷都考虑进去。在这个应用 程序中,我们将展示FDTD解决方案可以用来最大化对比度 的纳米线偏振镜网格任意角度,同时保持高传播。 13 www.hikey- 纳米线栅偏振器纳米线栅偏振器 第一第一步：构建步：构建解决方案的纳米线解决方案的纳米线FDTDFDTD模型网格偏振镜模型网格偏振镜 layout编辑器显示了定位所有的模拟对象。这里我们展 示铝光栅构成基本纳米线偏振镜的网格。不同的对象的类( 物理原语,辐射源、监视器)的色彩编码的辨识。对象可以移 动和缩放和简单的鼠标移动。铝wiregrid polaizer模式很 容易采用数组函数结合宽带光学材料包含在材料数据库。 14 www.hikey- 纳米线栅偏振器纳米线栅偏振器 15 www.hikey- 纳米线栅偏振器纳米线栅偏振器 第二步：模拟第二步：模拟对比度作为函数就以沥青的铝纳米线网

5、格偏对比度作为函数就以沥青的铝纳米线网格偏 振镜振镜 使用宽带照明源FDTD解决方案可以测量光学响应穿过宽 广的波长范围在一个仿真。通过执行两个模拟一个设有 极化,和另一个以p极化和采取的比值频域传输的曲线,结果, 对比度可以模拟为一个指定的wiregrid偏镜几何。 使用参数和优化框架内横扫FDTD的解决方案,它非常简单 ,测量偏振镜对比度作为函数光栅的周期。在这里,计算是 performend正常发病率: 16 www.hikey- 纳米线栅偏振器纳米线栅偏振器 17 www.hikey- 纳米线栅偏振器纳米线栅偏振器 第三第三步：测量步：测量对比度的纳米线偏振镜的网格作为函数的光对比度的纳米线偏振镜的网格作为函数的光 栅责任周期栅责任周期 同样,使用相同的参数扫描分析框架,如何得到对比度随 责任周期可以很容易地模拟。由此产生的曲线显示了传输的 光照p-polarized作为责任周期增加。基于这些结果,铝制光 栅与责任周期的50%已获得约85%的传播。与一个s- polarized传输2 X10-6(结果没有显示),一个理想的50%没有 制造业工作铝光栅错误可以实现对比度的X10-

6、6大约4。 18 www.hikey- 纳米线栅偏振器纳米线栅偏振器 19 www.hikey- 纳米线栅偏振器纳米线栅偏振器 第四第四步：模拟步：模拟得到的响应非正态纳米线网格发病率照明。得到的响应非正态纳米线网格发病率照明。 铝光栅wiregrid偏振镜有TE传播的大约85%的normally- incident平面波。现在,与一个源呈四十五度角,传播下降到 大约83%。这些结果生成模拟一个时期的wiregrid偏振镜,然 后使用复杂的脚本的环境,在解决方案将FDTD响应从单个光 栅牙的反应,multi-tooth组成部的铝光栅。 20 www.hikey- 纳米线栅偏振器纳米线栅偏振器 21 www.hikey- 纳米线栅偏振器纳米线栅偏振器 第五第五步：可视化步：可视化的操作的操作nanogridnanogrid线偏振镜线偏振镜看电影看电影 采用时域有限差分解决方案允许您可视化领域的动态仿 真,便于分析,协助直觉的设备的性能和行为。在这里,两个 电影已经生成了:用于年代极化,另一个用于p极化。如图所 示,电影中的铝光栅是有效的p-polarized在传输光和反映了 s-pola

7、rized光。通过将这两种偏振相互分离,得到的纳米线 网格被认为是能够获得大量的对比度如果制造缺陷可以最小 化。 22 www.hikey- 实例三：光子晶体实例三：光子晶体VCSEL 1、光子晶体辐射模拟使用光子晶体辐射模拟使用FDTD的解决方案的解决方案 为了surface-emitting vertical-cavity激光器(VCSELs) 用于高性能光学通信系统,典型的高功率、稳定、单一模 式操作是必需的。最近,这种强劲的横向模式控制已经演 示了使用二维光子晶体(2 D PC)模式进行到一半的蚀刻大 约DBR顶部的辐射。这里我们考虑一个小说描述的PC- VCSEL设计Yakouchi等人,达成协议。物理学。莱特。研究 所硕士论文,台北,82(2003)p.3608)和计算模式概要和 farfield辐射图案的设备。 23 www.hikey- 光子晶体光子晶体VCSEL 第一第一步：创建步：创建模型的模型的PCPC- -VCSEL FDTDVCSEL FDTD的解决方案的解决方案 一个3D模型的辐射这里显示的是在layout编辑器采用时 域有限差分解决方案。2 D三角形晶格P

8、C空腔发射开市,创建 模拟对象库,显示这些蚀刻在顶层镜子2微米的深度。分析了 模态结构支持合并后的光子晶体/ DBR腔是通过励磁通过宽 带、偶极子源位于激光谐振腔内。 24 www.hikey- 光子晶体光子晶体VCSEL 25 www.hikey- 光子晶体光子晶体VCSEL 第二步：计算第二步：计算模态的概要的模态的概要的PCPC- -VCSELVCSEL在在3 D3 D 通过开展一个FFT-based腔的分析时间响应,frequeny谐振 腔可获得的。在确定辐射腔共振频率的模式中,配置文件是 apodized频域计算使用监视器配置来提取CW响应的辐射设备 在感兴趣的共振频率。 26 www.hikey- 光子晶体光子晶体VCSEL 27 www.hikey- 光子晶体光子晶体VCSEL 28 www.hikey- 光子晶体光子晶体VCSEL 29 www.hikey- 光子晶体光子晶体VCSEL 第三第三步：确定步：确定的的PCPC- -VCSEL VCSEL farfieldfarfield辐射模式辐射模式 使用内置的完全near-to-far矢量场转换函数在FDTD解决 方案

9、、近场略高于顶的表面辐射可以转换成一个远场辐射轮 廓。极地情节下面显示,multi-lobed远场结构的光子晶体所 介绍的模式和相对强度的叶及其传播角度在远场。 30 www.hikey- 实例四：实例四：SPR纳米光刻纳米光刻 1、方法模拟表面等离子体共振干涉光刻技术方法模拟表面等离子体共振干涉光刻技术 光学光刻技术,利用表面等离子体共振光近场已逐渐成为 可能的技术为制造纳米功能超出了衍射极限。通过使用光 阻剂,是敏感的表面等离子体共振频率,曝光的一层薄薄的 光刻胶直接低于接触面具可以创建一个在纳米尺度下航拍 图像。反过来,通过纳米平版印刷图案,金属与介电质间的 表面可以导致强烈增强的纳米级空间分布的光能量。这表 面等离子体共振技术并不衍射极限的方法,可以产生亚波 长功能使用广泛的光束照明与可见光。 31 www.hikey- SPR纳米光刻纳米光刻 第一步：创建第一步：创建FDTDFDTD解决方案模型的表面等离子体共振方法解决方案模型的表面等离子体共振方法 接触面具接触面具 一个2D截面通过石英基质(蓝色)、银接触面具(灰色),光 阻剂(粉红色)和矽晶圆(红色)显示在FDTD解决方案布局编辑 ,连同来源和监视器用于仿真。 32 www.hike

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