光柵薄膜
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-30
光柵薄膜的實例教程
光柵薄膜被廣泛運用于光伏發(fā)電，光學薄膜和減反射涂層的場景中。不同的光柵尺寸設置可以達到不同的減反射效果。本案利用Rsoft軟件介紹光柵薄膜的建模與仿真。
1. 新建仿真模塊
Simulation tool選擇DiffractionMOD，即衍射模塊求解工具。由于目標模型是周期性光柵結構，一次仿真Dimension選擇2D。
2. 添加模型結構幾何體
點擊segment后在需要建立的位置畫出該幾何體的大致樣子，主要是確定幾何體的兩個端位置。
右擊生成的幾何體，具體編輯其尺寸和材料屬性。在模塊尚未引入任何材料的前提下，需要添加接下來使用的材料。點擊Materials控件，進入編輯材料。
本模型中光柵基底為Si材料，光柵為InP材料，因此需要在材料庫中查詢半導體材料。雙擊semiconductor后展開材料庫，依次點擊選擇InP和Si后，點擊右方Use Material，將兩種材料引入模型。
在幾何體上依次編輯材料下拉框選擇屬性。
材料屬性定義完成后繼續(xù)定義幾何體尺寸。
*注意Rsoft軟件中長度單位默認為um。
3. 定義全局變量
在Rsoft中，一種方便確定各數(shù)值大小的方法是定義全局變量，使用全局變量進行數(shù)值大小確定，在依賴性較強的設置中非常實用。
點擊Edit Symbols，添加變量名稱和數(shù)值。
點擊New symbol后編輯變量名稱name和表達式。這里需要定義光柵常數(shù)即用period周期值表示，本案中設為1um。
4. 設定光柵和基底的寬度
同樣分別右擊光柵和基底，在Component Width中輸入該式。注意本案中光柵常數(shù)為1um，光柵寬為0.5um。
展開 摘要
諧振波導光柵(RWG)由于其在波長、相位和偏振等方面的可調諧性，在研究和工業(yè)中有著廣泛的應用。RWG的結構包含一個薄的高折射率波導薄膜，該薄膜與光柵接觸。波導支持多種導模，并且根據(jù)厚度的不同，模式的數(shù)量也不同。在這個例子中，我們應用VirtualLab Fusion中的傅立葉模態(tài)法(FMM)嚴格分析RWG的性質。
建模任務
不同波長和厚度的反射率
不同波長和厚度的反射率
仿真結果來自參考文獻：
G. Quaranta, G. Basset, O. J. F. Martin, and B. Gallinet, Laser & Photonics Reviews 2018, 12, 1800017. [Fig. 3 a)
VirtualLab Fusion的仿真結果
特定波導厚度的反射率
特定波導厚度的反射率
仿真結果來自參考文獻：
G. Quaranta, G. Basset, O. J. F. Martin, and B. Gallinet, Laser & Photonics Reviews 2018, 12, 1800017.
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諧振波導光柵(RWG)由于其在波長、相位和偏振等方面的可調諧性，在研究和工業(yè)中有著廣泛的應用。RWG的結構包含一個薄的高折射率波導薄膜，該薄膜與光柵接觸。波導支持多種導模，并且根據(jù)厚度的不同，模式的數(shù)量也不同。在這個例子中，我們應用VirtualLab Fusion中的傅立葉模態(tài)法(FMM)嚴格分析RWG的性質。
建模任務
不同波長和厚度的反射率
不同波長和厚度的反射率
仿真結果來自參考文獻：
G. Quaranta, G. Basset, O. J. F. Martin, and B. Gallinet, Laser & Photonics Reviews 2018, 12, 1800017. [Fig. 3 a)
VirtualLab Fusion的仿真結果
特定波導厚度的反射率
特定波導厚度的反射率
仿真結果來自參考文獻：
G. Quaranta, G. Basset, O. J. F. Martin, and B. Gallinet, Laser & Photonics Reviews 2018, 12, 1800017.
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諧振波導光柵(RWG)由于其在波長、相位和偏振等方面的可調諧性，在研究和工業(yè)中有著廣泛的應用。RWG的結構包含一個薄的高折射率波導薄膜，該薄膜與光柵接觸。波導支持多種導模，并且根據(jù)厚度的不同，模式的數(shù)量也不同。在這個例子中，我們應用VirtualLab Fusion中的傅立葉模態(tài)法(FMM)嚴格分析RWG的性質。
建模任務
不同波長和厚度的反射率
不同波長和厚度的反射率
仿真結果來自參考文獻：
G. Quaranta, G. Basset, O. J. F. Martin, and B. Gallinet, Laser & Photonics Reviews 2018, 12, 1800017. [Fig. 3 a)
VirtualLab Fusion的仿真結果
特定波導厚度的反射率
特定波導厚度的反射率
仿真結果來自參考文獻：
G. Quaranta, G. Basset, O. J. F. Martin, and B. Gallinet, Laser & Photonics Reviews 2018, 12, 1800017.
展開 制作過程也是先將一層有機薄膜涂在玻璃基底上，然后通過兩個激光光束產(chǎn)生干涉條紋對薄膜進行曝光，明暗干涉條紋會引起材料不同的曝光特性，導致薄膜內出現(xiàn)了折射率差(Δn, index contrast)，即生成了衍射光柵必備的周期性。
由于體光柵由于受到可利用材料的限制，能夠實現(xiàn)的Δn有限，導致它目前在FOV、光效率、清晰度等方面都還未達到與表面浮雕光柵同等的水平。但是由于它在設計壁壘、工藝難度和制造成本上都有一定優(yōu)勢，業(yè)內對這個方向的探索從未停歇。
總結
好了，說了這么多，讓我們比較下光波導的各個技術方案來看看究竟花落誰家，為了方便大家橫向比較我們總結了一個比較詳細的表格。
其中幾何光波導基于傳統(tǒng)光學的設計理念和制造工藝，并且實現(xiàn)了一維擴瞳。它的龍頭老大是以色列公司Lumus，目前demo了55度FOV，成像亮度和質量都非常好。
但遺憾的是幾何光波導的制造工藝非常繁冗，導致最終的良率堪憂，由于市面上還沒有出現(xiàn)達到消費級別的AR眼鏡產(chǎn)品，它的可量產(chǎn)性還是一個未知數(shù)。
衍射光波導得益于微納米結構和“平面光學”的技術發(fā)展，能夠實現(xiàn)二維擴瞳。其中主流的表面浮雕光柵被多家明星公司使用并用消費級產(chǎn)品證明了它的可量產(chǎn)性，其中HoloLens II達到了52度FOV。 另外一種全息體光柵也在平行發(fā)展中，如果能夠在材料上突破瓶頸以提升光學參數(shù)，未來量產(chǎn)也很有希望。我們認為，衍射光波導具體說表面浮雕光柵方案是目前AR眼鏡走向消費市場的不二之選。
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RWG的結構包含一個薄的高折射率波導薄膜，該薄膜與光柵接觸。波導支持多種導模，并且根據(jù)厚度的不同，模式的數(shù)量也不同。在這個例子中，我們應用VirtualLab Fusion中的傅立葉模態(tài)法(FMM)嚴格分析RWG的性質。
諧振波導光柵的嚴格分析8個月前
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RWG的結構包含一個薄的高折射率波導薄膜，該薄膜與光柵接觸。波導支持多種導模，并且根據(jù)厚度的不同，模式的數(shù)量也不同。在這個例子中，我們應用VirtualLab Fusion中的傅立葉模態(tài)法(FMM)嚴格分析RWG的性質。
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1. 新建仿真模塊
Simulation tool選擇DiffractionMOD，即衍射模塊求解工具。由于目標模型是周期性光柵結構，一次仿真Dimension選擇2D。
2.
而對于衍射光柵來說，只需要改變光柵的設計參數(shù)例如占空比、光柵形狀等，將最終結構編輯到光刻機、電子束曝光機、或者全息干涉的掩膜(mask)里，便可一步“寫”到光柵薄膜上，來實現(xiàn)多個出瞳的出光均勻。
然而，衍射光波導技術也有它的不足，主要來源于衍射元件本身對于角度和顏色的高度選擇性，這在圖5中有所解釋。
圖4 平面可調液晶平板透鏡
（2）偏振選擇衍射光柵
液晶聚合物光學薄膜最典型的一個應用便是聚合物薄膜偏振光柵（Polarization grating ，PG）（圖2b）。其作為一種“薄膜棱鏡”，同時具備高效偏振手性拆分和獨特的分束器的功能。PG可將入射光衍射成只有正負一級的兩個光束（無更高階衍射），而輸出光束具有相反的圓偏振態(tài)（圖5）。
