pMaxwell RCWA 0.6版新增可視化功能和折射率監(jiān)視器

逍遙設(shè)計自動化

引言
& o' l, O3 Y, M; p* apMaxwell RCWA 在其最新的0.6版本中引入了令人興奮的新功能，包括強(qiáng)大的可視化工具和折射率監(jiān)視器。這次更新大大提升了軟件顯示和分析仿真數(shù)據(jù)的能力。本文介紹這些新特性，包括一維和二維繪圖功能，以及獲取仿真結(jié)構(gòu)中指定界面的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的方法。

/ R5 ?  V( {, `* j3 ]pMaxwell是PIC Studio光電設(shè)計與仿真方案的重要組成部分，在整個流程圖中位于右下角的元件部分。突顯了pMaxwell RCWA在光電子集成芯片設(shè)計和仿真過程中的關(guān)鍵角色。


& d( Q( N$ m8 c, O- ~
& f! y& U1 c: {/ H2 z5 M# r0.6版本更新亮點(diǎn)：
1. 新增可視化功能：包括1D和2D數(shù)據(jù)的繪圖能力
6 d0 V& e3 @# c& `2. 折射率監(jiān)視器：允許用戶獲取指定界面的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率
3. 增強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析能力：使用戶能更深入地理解復(fù)雜光學(xué)結(jié)構(gòu)
! E& t+ o" E/ ]+ Q* S
; |0 Q. f. n- D1 k! C這些新功能不僅提高了pMaxwell RCWA的實(shí)用性，還為用戶提供了更直觀、更全面的數(shù)據(jù)分析工具。接下來，我們將探討這些新功能的使用方法和應(yīng)用實(shí)例。
+ Q  n  j- Y+ }4 z" p' v, P! Q
  P. H% A" J4 M8 t1 f可視化功能
0 ?1 s2 w# f# T, E! S2 D, k5 S5 p5 n% p一維繪圖 plot_1D 函數(shù)是0.6版本中新增的功能，允許用戶輕松可視化一維數(shù)據(jù)。其語法如下：

plot_1D(x, y, data_type, **kwargs)
參數(shù)：
, l9 _' a# M" }5 E, Y$ L

x：x軸數(shù)據(jù)范圍（一維數(shù)組或列表）

y：需要可視化的數(shù)據(jù)（列表、元組或一維數(shù)組）

data_type：要可視化的數(shù)據(jù)類型（"real"、"image"或"abs"）

**kwargs：用于自定義繪圖的附加參數(shù)


$ G* k, f2 E7 K; r
圖1展示了0.6版本中新增的plot_1D()函數(shù)，用于可視化菲涅爾方程數(shù)據(jù)的例子，顯示了導(dǎo)入必要模塊和設(shè)置繪圖的代碼片段。

# d; K8 n8 \2 m( P二維繪圖 plot_2D 函數(shù)能夠可視化二維數(shù)據(jù)：

4 g0 p* m% E# V, ~/ e7 p+ Rplot_2D(x, y, data, data_type, **kwargs)
參數(shù)：
+ X  `$ f/ C1 G# |

x：x軸數(shù)據(jù)范圍（一維數(shù)組或列表）

y：y軸數(shù)據(jù)范圍（一維數(shù)組或列表）

data：需要可視化的二維數(shù)組數(shù)據(jù)

data_type：要可視化的數(shù)據(jù)類型（"real"、"image"或"abs"）

**kwargs：用于自定義繪圖的附加參數(shù)
: F5 c2 \" [+ I3 y9 G6 x6 s


圖2展示了使用plot_2D()可視化超透鏡單元結(jié)構(gòu)xz平面電磁場Ex分量實(shí)部的例子。
) `$ P" Y1 n5 u  y+ n5 p折射率監(jiān)視器
0 }) N1 V6 G. z1 epMaxwell RCWA 現(xiàn)在包含了獲取仿真結(jié)構(gòu)中指定界面的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的函數(shù)：
1. GetEpsMu_xy(mesh, layer_number)
2. GetEpsMu_xz(mesh, z_info, y_position)
9 K) k0 I& d& e# t) `* ^8 r3. GetEpsMu_yz(mesh, z_info, x_position)
  F; N; f0 v5 M( W9 W+ d
$ u! F2 H- m5 G/ W1 R2 J" q參數(shù)：
% u! s" R  J# j! W& f% hmesh：仿真網(wǎng)格對象
layer_number：層標(biāo)記（-1表示入射層，0到N表示結(jié)構(gòu)層，N表示出射層）
7 q3 m0 Z7 U6 L9 X0 O! Yz_info：z軸范圍和分辨率（start, stop, grid_number）
x_position：yz平面的x軸位置
y_position：xz平面的y軸位置

  s; p$ ~/ P% g" e

; @& U  x$ A. S2 J圖3提供了使用GetEpsMu函數(shù)獲取xy、xz和yz平面介電常數(shù)的代碼片段示例。


圖4顯示了一維矩形光柵結(jié)構(gòu)的xy、xz和yz平面介電常數(shù)實(shí)部。
  |( v# Y$ _( O% g' d
結(jié)構(gòu)參數(shù)：
周期：300 nm
- h3 H6 o6 Z1 f1 N" m4 X7 X: |寬度：200 nm
高度：300 nm
( a) b8 Z  o$ o5 t6 A& u/ F硅折射率：4.22706 + 0.0599998j
; }- S0 p: {0 B二氧化硅折射率：1.4616（入射層）


圖5顯示了一維傾斜光柵結(jié)構(gòu)的xy、xz和yz平面介電常數(shù)實(shí)部，其中坐標(biāo)原點(diǎn)已調(diào)整以提供更好的可視化效果。
% ?% M; v  h- w9 H+ Z$ d" u
/ m3 D1 W& L+ E2 v9 u0 v; |; E! u; V結(jié)構(gòu)參數(shù)：

周期：393 nm

填充系數(shù)：0.5

寬度：196.5 nm

高度：300 nm

傾斜角：60°

空氣折射率：1.0

光柵折射率：1.8

分層數(shù)：30

1 i- E/ t8 K1 c! p- G
( F/ [( c+ m. w8 A. F0 p9 g
圖6顯示了二維金屬超表面結(jié)構(gòu)的xy、xz和yz平面介電常數(shù)實(shí)部。
0 F& h9 A& Q" W) v1 D$ P
% D0 K# t6 v9 o* S; k% Z  _結(jié)構(gòu)參數(shù)：

周期：0.4 μm

高度h1：0.5 μm

高度h2：0.04 μm

長度L：0.2 μm

寬度w：0.05 μm

柱介電常數(shù)：-14.8406 + 1.65i（銅）

基底介電常數(shù)：2.12001（玻璃）

入射介質(zhì)介電常數(shù)：1.0（空氣）

出射介質(zhì)介電常數(shù)：2.12001（玻璃）

, \5 r% x7 q& h! @9 r
圖7顯示了不規(guī)則結(jié)構(gòu)的xy、xz和yz平面介電常數(shù)實(shí)部，其中xz平面可視化經(jīng)過縮放以強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
& `  e  ]3 J9 W! Z& Y) z6 c' J
9 `2 ?8 n+ j2 o5 o, _- |結(jié)構(gòu)參數(shù)：
; m& c9 w& O) X

周期：0.35 μm

高度：1.3 μm

柱介電常數(shù)：4.1616

基底介電常數(shù)：2.12074

入射介質(zhì)介電常數(shù)：2.12074

出射介質(zhì)介電常數(shù)：1.0

9 o* N) Z; H+ y! j/ v4 v# q6 c% R8 T

圖8顯示了由長方體和圓柱組成的雙層結(jié)構(gòu)的xy、xz和yz平面介電常數(shù)實(shí)部。

' T  T& V2 V. j  O9 q/ k- y結(jié)構(gòu)參數(shù)：

周期：0.4 μm

高度h1：0.5 μm

高度h2：0.04 μm

長度L：0.2 μm

寬度w：0.05 μm

柱介電常數(shù)：-14.8406 + 1.65i（銅）

基底介電常數(shù)：2.12001（玻璃）

入射介質(zhì)介電常數(shù)：1.0（空氣）

出射介質(zhì)介電常數(shù)：2.12001（玻璃）
, U& H& a4 Q4 d+ m, P# N/ A結(jié)論
pMaxwell RCWA 的新增可視化功能和折射率監(jiān)視器為分析和可視化復(fù)雜光學(xué)結(jié)構(gòu)提供了強(qiáng)大的工具。通過利用這些特性，研究人員和工程師可以對仿真結(jié)果有更深入的理解，從而更有效地設(shè)計和優(yōu)化光學(xué)器件。輕松可視化一維和二維數(shù)據(jù)的能力，以及檢查不同平面上介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的功能，提升了pMaxwell RCWA軟件的整體功能和用戶體驗。這些新功能將幫助用戶更好地理解和分析復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，為光電子技術(shù)、硅基光電子和光電共封裝等領(lǐng)域的發(fā)展提供有力支持。
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9 ~3 b4 B" {8 ?# Y% L深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

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