包含基底的超表面透射谱仿真研究——抛砖引玉

fdtd

#1


B. Craig, V. R. Shrestha, J. Meng, J. J. Cadusch, and K. B. Crozier, “Experimental demonstration of infrared spectral reconstruction using plasmonic metasurfaces,” Opt. Lett. 43(18), 4481 (2018).
Experimental demonstration of infrared spectral.pdf (2.4 MB)

相关设置说明来自上述文献。
当我们实验制备某种透射型超表面滤光片的时候,通常都是制备在一定厚度的基底上的(如 500um厚)。这个厚度通常远远大于研究波长,在FDTD仿真中基本上不能把这么厚的结构设置进去,通常在FDTD中都利用PML将基底截断,认为基底厚度无穷,光源放置在基底中。这样,我们仿真研究的问题和实际的问题就会有所出入(没考虑基底表面的菲涅尔反射、透射等)。该文献就给出了一种分析方法:


我总结整理并绘制了两个示意图,分别展示出总透射率的计算原理以及FDTD计算部分的设置方法。

总透射率计算原理示意图

高清放大图
image

FDTD仿真设置


#2

这也是一种近似的方法,因为实际上微结构与基底和空气与基底的反射不一样。有一个较为复杂的方法,也许能够处理这种情况,如果有哪位用户感兴趣,可以邮件联系,一起研究新方法。


#3

孙老师,这个

该怎么理解呢?


#4

image
区域1和2的折射率不一样吧,它们的反射折射也不同。这种修正是宏观的,但是我们在仿真波长量级的微纳器件,其修正有多少改善不是很清楚。


#5

对,n1和n2折射率不同,但是蓝色虚线框内部的结构是使用FDTD进行仿真的,应该问题不大吧,这个修正基本上只是改变了进行FDTD仿真时入射光的强度吧。


#6

你说的是先不考虑微结构?这个要看你怎么想它了:如果入射光已经考虑基底上表面的多次反射,那在仿真中有包含了基底上表面的反射,那么一次反射不是重复了吗?一次反射一般来说占主要地位。
如果考虑了微结构,问题就更复杂了。你可以试一个基底厚度1微米的情况,比较两者方法,看看哪个更接近实际。甚至结构2可以是一个膜层,这样有理论结果。


#7


他实际上是考虑了多次反射的结果,他给出的计算总透射率的公式包含了微结构界面、衬底界面的多次反射的叠加。
而且文中研究的问题是500um厚(该方法在1um厚度衬底可能就失效了)的衬底,同时他希望仿真的情形是利用FTIR测量微结构透射率的实际情况,因此他提出了这样的一种方法。看作者的论文结果显示,仿真和实验吻合的还是不错的,所以我就分析了一下,展示给大家,起一个抛砖引玉的作用。


#8

你这样解释就更清楚了。如果考虑了微结构,用微结构的等效折射率计算,而不是仅考虑3.4折射率结构的多次反射,那结果就是正确的,也是我想说要做的方法。还有一个前提是没有高级衍射。


#9

This topic was automatically closed 3 days after the last reply. New replies are no longer allowed.