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(jì)自動(dòng)化

引言
pMaxwell 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。

pMaxwell是PIC Studio光電設(shè)計(jì)與仿真方案的重要組成部分，在整個(gè)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(jì)和仿真過(guò)程中的關(guān)鍵角色。

: f9 l3 B: y6 ?& G4 `4 [1 a0 z

+ [: V. I% C* n4 o5 K4 Q. }- }0.6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
- Z& J+ Z' R! L& x' |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
" ?6 S& R- O1 X' q3. 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)

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(lái)，我們將探討這些新功能的使用方法和應(yīng)用實(shí)例。

可視化功能
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(yǔ)法如下：

plot_1D(x, y, data_type, **kwargs)
6 S1 V4 R" b5 L8 `參數(shù)：
! g! F/ |; I" j9 G5 ]# v/ L0 }  p

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)


& c' B0 p: u. Q0 w' q" W
/ e! c& q: g7 n. B  }# o" O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。

二維繪圖 plot_2D 函數(shù)能夠可視化二維數(shù)據(jù)：
9 \% K" M# S7 g7 `
2 x& [. I/ b: ~+ wplot_2D(x, y, data, data_type, **kwargs)
. a9 Y3 P/ U, I1 ?  R參數(shù)：

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)
* ]0 `. E/ ~. b5 X
  r7 X4 L# W/ R+ _, w* D  k0 h$ g
; W2 r, T2 C  W+ w( H9 ^. }0 I
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(chǎng)Ex分量實(shí)部的例子。
折射率監(jiān)視器
pMaxwell 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)：
$ G* I1 x3 _* Y# t; ?1. GetEpsMu_xy(mesh, layer_number)
2. GetEpsMu_xz(mesh, z_info, y_position)
5 v; T7 m4 I) T# B; h) e/ l! B3. GetEpsMu_yz(mesh, z_info, x_position)

參數(shù)：
mesh：仿真網(wǎng)格對(duì)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）
z_info：z軸范圍和分辨率（start, stop, grid_number）
x_position：yz平面的x軸位置
4 C& l* P, w) ~; b2 X  Ry_position：xz平面的y軸位置


' P) N: o  c: ?8 X/ Q  e
' {' v! g8 x8 I. m& M; S7 a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。

7 X  }7 R' [/ d- ^: B& U" ?
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。

結(jié)構(gòu)參數(shù)：
9 ]6 P9 ]0 Y& x: }! Q) v# S周期：300 nm
, A" H& U' S) ~5 s; t. K寬度：200 nm
高度：300 nm
2 K2 R$ Q2 B# H硅折射率：4.22706 + 0.0599998j
二氧化硅折射率：1.4616（入射層）

+ t  I$ k: K8 {- j2 r2 }
- g' a2 r) E2 E$ s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。
4 T0 U2 S$ n2 g  ]" k4 f
結(jié)構(gòu)參數(shù)：
! M) v/ }, Z! `" E* f1 M

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
2 K1 o& L4 n3 h: ]1 [


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。

結(jié)構(gòu)參數(shù)：
: w5 X% r* Y5 n7 ?4 _

周期：0.4 μm

高度h1：0.5 μm

高度h2：0.04 μm

長(zhǎng)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）
1 J2 w7 A" _4 T- b. s& D
9 O- c9 @8 A' i, a1 t) C/ ]
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(guò)縮放以強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

3 v: s+ N& P+ R9 o. ?& [結(jié)構(gòu)參數(shù)：
. M  y# e" }  [; a, ^) ~

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


* x6 ^0 y; b+ w) N, k
圖8顯示了由長(zhǎng)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。

/ Q0 O/ G; x* V, f8 M, G* p結(jié)構(gòu)參數(shù)：
  s# T4 H7 R9 @' c+ q

周期：0.4 μm

高度h1：0.5 μm

高度h2：0.04 μm

長(zhǎng)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）
' [' {" F4 B9 G+ p9 N* Z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(guò)利用這些特性，研究人員和工程師可以對(duì)仿真結(jié)果有更深入的理解，從而更有效地設(shè)計(jì)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(yàn)。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。
, L! {6 m7 f9 D- P- H' N7 K. J0 K! m8 P
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