fdtd有限时域差分在光刻中的应用 -回复
利用高对比度光栅实现光束大角度偏转
第４５卷 第４期２０２１年７月激 光 技 术ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．４５，Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ，２０２１ 文章编号：１００１ ３８０６（２０２１）０４ ０４８５ ０７利用高对比度光栅实现光束大角度偏转王超素１，江孝伟１，２（１．衢州职业技术学院信息工程学院，衢州３２４０００；２．北京工业大学光电子技术教育部重点实验室，北京１００１２４）摘要：为了分析高折射率对比度光栅（ＨＣＧ）参量和入射波长对光束偏转角的影响，采用严格耦合波法设计了透射光束可偏转非周期三角ＨＣＧ，并通过时域有限差分法证明了所设计的非周期三角ＨＣＧ可实现３０．３°的透射光束偏转。
结果表明，当低折射率介质材料折射率从１增加到１．４时，透射光束偏转角可实现１１°的调谐；当入射波长从波长１．５μｍ增加到１．６μｍ时，该非周期三角ＨＣＧ可实现３．５２７°的透射光束偏转角调谐。
这一研究结果可对将来制备高性能光束偏转光栅提供理论指导。
关键词：光栅；光束偏转；透射光；非周期中图分类号：ＴＮ２５３ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０ ７５１０／ｊｇｊｓ ｉｓｓｎ １００１ ３８０６ ２０２１ ０４ ０１２ＬａｒｇｅａｎｇｌｅｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｏｆｂｅａｍｕｓｉｎｇｈｉｇｈｃｏｎｔｒａｓｔｇｒａｔｉｎｇＷＡＮＧＣｈａｏｓｕ１，ＪＩＡＮＧＸｉａｏｗｅｉ１，２（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｕｚｈｏｕＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｕｚｈｏｕ３２４０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｉｇｈｃｏｎｔｒａｓｔｇｒａｔｉｎｇ（ＨＣＧ）ｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｉｎｃｉｄｅｎｔｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｎｂｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｇｌｅ，ｔｈｅｒｉｇｏｒｏｕｓｃｏｕｐｌｅｄｗａｖｅｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎａｄｅｆｌｅｃｔａｂｌｅｎｏｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃｔｒｉａｎｇｕｌａｒＨＣＧ，ａｎｄｉｔｉｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔ３０．３°ｂｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｎｏｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃｔｒｉａｎｇｕｌａｒＨＣＧｂｙｔｈｅｆｉｎｉｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｏｆｔｈｅｌｏｗｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｍａｔｅｒｉａｌｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ１ｔｏ１．４，ｔｈｅｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂｅａｍｃａｎａｃｈｉｅｖｅ１１°ｔｕｎｉｎｇ，ａｎｄｗｈｅｎｔｈｅｉｎｃｉｄｅｎｔｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ１．５μｍｔｏ１．６μｍ，ｔｈｅａｐｅｒｉｏｄｉｃｔｒｉａｎｇｕｌａｒＨＣＧｃａｎａｃｈｉｅｖｅ３．５２７°ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｇｌｅｔｕｎｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｂｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇｓｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｔｉｎｇｓ；ｂｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂｅａｍ；ｎｏｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１５７５００８；６１６５０４０４）；江西省自然科学基金资助项目（２０１７１ＢＡＢ２０２０３７）；江西省教育厅科技项目（ＧＪＪ１７０８１９）；衢州市科技计划资助项目（２０１９Ｋ２０）作者简介：王超素（１９８３ ），女，讲师，现主要从事半导体光电子器件的研究。
FDTD软件介绍及案例分析一
由于不完美的滤色片,finite-sized入射光thescattering 折射、绕射内同时进行图像传感器像素,来料绿色的光照亮 的矽光电二极体上方的照亮象素,相邻像素。figurebelow向 下的显示能力在矽基板上的焊剂在像素所示。当接收的信号 是最亮的在过去的两个中间的绿sub-pixels残余信号观测, 照亮sub-pixels红色、蓝色、绿色sub-pixels附近。
一：公司背景介绍
1、公司介绍 • FDTD Solutions软件由加拿大Lumerical Solutions公司出品。
该公司成立于2003年，总部位于加拿大温哥华。用户用该 公司软件已发表大量高影响因子论文，并被许多国际著名 大公司和学术团队所使用 • FDTD Solutions：基于矢量3维麦克斯维方程求解，采用时 域有限差分FDTD法将空间网格化，时间上一步步计算，从 时间域信号中获得宽波段的稳态连续波结果，独有的材料 模型可以在宽波段内精确描述材料的色散特性，内嵌高速、 高性能计算引擎，能一次计算获得宽波段多波长结果，能 模拟任意3维形状，提供精确的色散材料模型
三：FDTD Solutions软件应用范围
1、应用范围：
8
四：FDTD Solutions软件应用实例库
1、FDTD Solutions应用实例库 • CMOS图像传感器像素设计 • 深紫外线（DUV）光刻仿真 • DVD表面分析 • LED光提取 • 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
环形谐振腔课程报告
对于环形谐振腔重要组成部分—环形光波导来说，它的制作工艺主要涉及成 膜与光路微加工。通常采用火焰沉积法、化学汽相沉积法、等离子增强型化学汽 相沉积、离子交换法、溶胶凝胶法、分子束外延生长和原子力加工技术等作为成 膜工艺。采用光刻、电子束曝光、全息曝光、同步辐射、光锁定、化学刻蚀、溅 射刻蚀（离子铣）、反应离子刻蚀、等离子刻蚀等作为光路微加工技术[6]。 之前我们提到过环形谐振腔可以分为垂直型环形谐振腔和侧向型环形谐振腔，垂 直型通过外延生长可以精确控制耦合距离，即耦合系数；也可分别用不同材料作 为圆环和输入输出端波导材料；但制作工艺较难；侧向型一般用于对于构建大半 径圆环谐振腔（大于 100μm）；且可使用 MMI 作为谐振腔耦合器。针对这种分类 在这里着重介绍两种工艺：晶圆键合—主要用于制造垂直型环形谐振腔，和干法 腐蚀—主要用于制造侧向型环形谐振腔[2,7]。
学号：
环形谐振腔
10300720238
，姓名： 赵婧
摘要 本报告旨在希望用不太大的篇幅，在详细阐明环形谐振腔基本原理的同 时，尽可能结合其不同结构的器件，实际的制作工艺与制备材料，以及 目前的一些主要应用，以满足读者对于环形谐振腔的基本了解的需要， 同时亦可为欲在此领域更进一步深入研究的高年级本科生及低年级研究 生提供一个整体概念，起到抛砖引玉的作用。
图 1.6 性能指标在谐振曲线上的表现形式
我们分别以下面两张图来说明耦合损耗和环形波导传输损耗对环形谐振腔性能 的影响：
图 1.7 耦合器损耗不同时谐振曲线图
图 1.8 环形波导传输损耗不同时谐振曲线图
我们可以看到，耦合损耗越小、环形波导传输损耗越小，谐振腔的清晰度 也就越大，性能也就越优越。[1]
t1 t2*e j 1 t1*t2*e j
FDTD案例分析续篇
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纳米粒子散射
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实例二 ：纳米线栅偏振器
1、纳米线网格偏振镜紧凑光子偏振控制元素——与解决方 案设计和优化FDTD • 高对比度极化控制装置的组成sub-wavelength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。
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SPR纳米光刻
• 第三步：分析了表面等离子体共振光刻近场数据 详细的研究结果和数值的解决方案,所有复杂的光学波的 交互的接口的许多材料,包括硅基片上的反射,准确地对待。 一个阴谋的近场强度在截面通过银丝面膜层(y=0到60海里) 和光刻胶层(y = -50到0 nm)显示在对数。表面等离子体模 式是清楚地看到在银胶面罩/接口。周期性结构允许入射光 束夫妇counter-propagating表面等离子体波,这引起了亚波 长的变化在光阻层强度的设计思想。
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纳米线栅偏振器
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纳米线栅偏振器
• 第四步：模拟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normallyincident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。
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微带天线的基本理论和分析方法
目录摘要 (2)Abstract (3)1 绪论 (4)1.1研究背景及意义 (4)1.2国内外发展概况 (5)1.3本文的主要工作 (6)2 微带天线的基本理论和分析方法 (7)2.1 微带天线的辐射机理 (7)2.2微带天线的分析方法 (8)2.2.1传输线模型理论 (9)2.2.2 全波分析理论 (11)2.3微带天线的馈电方式 (12)2.3.1微带线馈电 (12)2.3.2同轴线馈电 (12)2.3.3口径（缝隙）耦合馈电 (13)2.4本章小结 (13)3宽带双频双极化微带天线单元的设计 (14)3.1天线单元的结构 (14)3.2天线单元的设计 (15)3.2.1介质基片的选择 (16)3.2.2天线单元各参数的确定 (16)3.3天线单元的仿真结果 (17)3.4本章小结 (18)4 结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (22)ku波段双频微带天线的设计摘要本文的主要工作是Ku波段宽带双频双极化微带天线研究。
在微带天线的基本理论和分析方法的基础上，对微带天线的技术进行了深入的研究，设计了3种不同结构的Ku波段宽带双频微带天线单元，并完成了实验验证。
依据传输线模型理论并结合软件仿真分析了3种不同结构的天线单元在天线的带宽、隔离度和增益等性能方面的差异，并作了比较，得出了性能最佳的一种天线单元结构形式。
最后，对全文的研究工作加以总结，并提出本文进一步的研究设想。
关键词：Ku波段；双频；传输线模型；微带天线AbstractIn this paper, broadband dual-frequency and dual-polarized microstrip antenna at Ku band is described. Three kind s o f wideband dual-frequency and dual-polarized microstrip antenna element are proposed and their experimental verifications are completed which based o n the classical theory and a deeper stud y on broadband, dual-frequency and dual-polarization technique of microstrip antenna. From the transmission-line mode theory and simulative results, he bandwidth, isolation and gain characteristics of a microstrip patch element with various structures are analyzed in detail and compared, and an antenna element with the best performance is adopted. Based on the element described, four-element linear array and planar array is designed which adopted anti-phase feeding and dislocation anti-phase feeding technique, respectively. In addition, the technique of anti-phase feeding which suppresscross-polarized is further studied by using the even/odd theoretical analysis. Finally, we summarize the research of the paper with an outlook for the further researches. Key words: Ku band; dual-frequency; dual-polarized; microstrip antenna1 绪论1.1研究背景及意义近年来，随着卫星通信技术的发展和卫星通信业务及卫星移动通信的迅猛增长，以往的微波较低频段(300MHz-10GHz)已经变得拥挤不堪，因此卫星通信中开始使用Ku波段甚至Ka波段的通信以满足大信息量的需求。
基于脊型波导的跑道型环形谐振器的偏振模式分离特性分析
基于脊型波导的跑道型环形谐振器的偏振模式分离特性分析焦新泉;陈家斌;王晓丽【摘要】设计和分析了基于绝缘体上硅的脊型波导的偏振模式分离谐振腔.通过分析超小脊型波导的模式双折射,将该微环谐振腔应用到定向耦合器,实现从准TE和准TM偏振模式在特定波长范围内同一输出端口的分离.试验证明,准TM偏振模式分离后的Q值达23 000±1 000,是未分离时的两倍.该新型跑道型环形谐振腔的特点在光学元件中的应用非常有前景,为新型环形耦合器的深入研究提供了理论参考.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)028【总页数】4页(P103-106)【关键词】脊型波导;跑道;定向耦合器;偏振分离【作者】焦新泉;陈家斌;王晓丽【作者单位】北京理工大学自动化学院,北京100081;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;北京理工大学自动化学院,北京100081;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051【正文语种】中文【中图分类】O436.3为了满足未来多核芯片的互连需求，大量并行光网络应用在了芯片上。
目前，CMOS兼容的集成光电子器件很有前景，例如过滤器、调制器、光开关、WDM多路复用器和光电探测器[1]。
硅微环形谐振腔具有尺寸小、品质因数Q高、偏共振光透明度、高频率选择性等优点，被广泛应用于光电子器件中[2]。
微环谐振器和其他光学器件的集成对控制光信号的偏振很有必要[3]，当两个偏振模同时在波导中传播时，器件的一些性能可能会被削弱，因此使该器件具备偏振模式分离特性是很有必要的。
否则，该偏振模色散(PMD)会影响高速信号的波形，而且会劣化光学器件，例如波长滤波器的性能[4]。
然而，偏振模式不能用在波导，尤其具有亚微米尺寸横截面的脊型波导。
虽然偏振控制器可以被施加到测试系统，以获得单偏振入射光，但光在超小型波导中传播时两个正交偏振模式仍然可以激发出来。
Optiwave 光通信设计软件
Optiwave 光通信设计软件1.OptiGrating 光栅设计软件OptiGrating 是光纤光栅业界的一个不可缺少的标准设计软件。
它为集成光波导光栅和光纤光栅的设计提供了强有力且用户界面友好的设计工具。
OptiGrating 是基于耦合模理论的数值分析软件，既能对设定的光栅进行分析也能合成出符合要求的光栅（逆向分析）。
一个复杂的光栅被一组均匀光栅片段来近似，这些光栅片段之间用传递矩阵法来对进行整合分析。
这样，设计者就可以对整个光栅进行性能分析和优化设计。
基本功能OptiGrating最重要的基本功能如下：·WDM add/drop，窄带以及宽带光纤和波导滤波器·光线布拉格发射器·EDFA增益平坦元件·用于光纤通信的色散补偿器·利用光栅切趾抑制边带·光纤和波导传感器产品应用·WDM add/drop、窄带和宽带光纤、波导滤波器·光纤布拉格光栅反射器·EDFA增益平坦化光纤·用于光纤通信的色散补偿器·使用光栅切趾法的边带抑制·光纤传感器和波导传感器·使用耦合到光纤包层模式的长周期光栅2.OptiFiber 光纤设计软件使用光纤作为传输介质的电信现在是一个主要的行业。
选择合适的光纤参数是光学系统的重要问题。
横截面尺寸，材料成分和折射率分布都会影响光纤的损耗，色散和非线性，必须仔细选择，以便在给定的应用中实现令人满意的结果。
对于一个光通信系统，它的最佳状态的设计直接取决于对光纤参数的选择。
光纤的横截面尺寸, 材料成分和折射率分布都会影响到光通信里极其重要的线性和非线性现象。
OptiFiber 使用数值模式求解程序和其它专门用于光纤的解析法来计算光纤通讯时的色散、损耗、双折射现象和偏振模色散。
OptiFiber 是一种功能强大的工具，它将光纤模式的数值模式求解器与群延迟，群速度色散，有效模面积，损耗，偏振模色散，有效非线性等计算模型相结合.OptiFiber 最强大的功能之一是它能够预测如何优化给定的光纤，而不是设计目标，例如很小但非零色散和最大模面积。
【国家自然科学基金】_金属光子晶体_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140729
科研热词 推荐指数 光子晶体 5 胶体晶体 3 自组装 2 强制沉积法 2 光子带隙 2 高重复频率 1 高平均功率 1 飞秒激光微纳加上 1 银微米管 1 金属平板 1 金属一介质 1 金属-光纤复合 1 超强透射 1 负折射 1 表面等离子体 1 胶态晶体模板 1 激光技术 1 改性 1 微结构聚合物光纤 1 微图案刻划 1 大孔材料 1 多功能光纤 1 制备 1 光学材料 1 光子晶体光纤飞秒激光放大器 1 偏振分束 1 二氧化硅微球 1
推荐指数 4 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
推荐指数 4 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
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fdtd有限时域差分在光刻中的应用-回复FDTD（Finite-difference time-domain）有限时域差分方法是一种应用于电磁场求解的数值模拟方法。
其在光刻领域中的应用主要用于设计和优化光刻光源、光刻机相场、光掩模和光刻介质等关键元件。
本文将详细介绍FDTD方法在光刻中的应用，并逐步解释其工作原理和算法。
第一部分：FDTD方法的基本原理
FDTD方法是一种时域全波求解方法，其基本思想是将Maxwell方程组在时域内进行离散化，利用差分格式进行数值求解。
对于三维情况，它在空间上将求解区域划分为网格，时间上将求解区域划分为时步。
通过在网格上离散Maxwell方程组，可以得到电场和磁场的时序演化。
FDTD方法具有广泛的适用性和数值稳定性，能够模拟复杂光学器件的电磁传输和相场分布。
第二部分：光刻中的应用场景
1. 光刻光源设计和优化
光刻光源的设计和优化是提高光刻分辨率和工艺品质的关键因素。
通过在FDTD模拟中引入设计参数，如波长、光束形状等，可以评估不同方案的光源性能，并提供光刻工艺改进的建议。
2. 光刻机相场分析
光刻机在光刻过程中的相场分布对于芯片的精度和质量至关重要。
利用FDTD方法，可以模拟光刻过程中光源的照射、掩模的光透过、投影镜头的衍射等过程，分析在不同光刻条件下的相场分布，从而指导光刻机的调整和优化。
3. 光掩模设计
光刻过程中的掩模设计也是提高分辨率和衍射限制的重要方向。
通过在FDTD模拟中建模掩模的二维结构和材料参数，可以得到在光照条件下的透射率和相位分布，进而评估掩模对光照模式的影响和光刻效果。
4. 光刻介质设计
光刻介质作为光刻过程中的能量接收和传输介质，对于光刻分辨率和工艺过程中的能量损失起着重要作用。
利用FDTD方法，可以模拟光照条件下光刻介质的电磁传输和光损耗情况，评估不同材料参数对光刻效果的影响，并指导光刻介质的优化设计。
第三部分：FDTD方法的算法步骤
1. 网格划分
将求解区域离散化为规则的网格，网格的大小和密度与所求解问题的复杂程度和准确度要求相关。
2. 建立差分格式
通过将Maxwell方程组中的导数部分用中心差分代替，得到离散化的差分格式，将电场和磁场的时序演化转化为差分方程的求解。
3. 初始化
根据初始条件，给定电场和磁场的初值，例如光刻介质中的初始电场和磁场分布。
4. 时间步进
通过迭代求解差分方程，按照时间步进更新电场和磁场值，得到相场分布。
5. 输出结果
根据需要，对求解得到的结果进行可视化分析和后处理，如计算光强分布、相位分布等。
第四部分：总结和展望
FDTD方法作为一种时域全波求解方法，已经在光刻领域中得到了广泛的应用。
通过模拟光刻光源、光刻机相场、光掩模和光刻介质等关键元件的电磁传输和相场分布，FDTD方法能够辅助光刻工艺设计和优化，提高芯
片的分辨率和工艺品质。
随着计算硬件和算法的不断发展，FDTD方法在光刻领域的应用前景将会更加广阔。