基于Lumerical软件计算多层薄膜反射率

1. 导入材料属性

将Ti3O5、SiO2、Al2O3材料折射率表导入FDTD的材料库。

▲ 图1 材料属性导入

2. 添加结构

通过Structures添加结构，选择Rectangle，添加多层薄膜，我们采用script脚本编写的方式进行结构建模。几何变量、材料变量如下：

▲ 图2 结构尺寸设置

脚本代码：

▲ 图3 结构尺寸设置代码    

点击右下角test，若测试脚本没问题，点击OK。

3. 设置FDTD Region

点击Simulation，设置FDTD边界条件。由于仿真对象是多层薄膜结构，X和Y方向是无限延伸，因此X，Y方向直接设置成周期性边界条件，将周期性边界条件的PML可以设置成steepangle，用以提高计算速度。

▲ 图4 FDTD边界条件  

▲ 图5 仿真结构区域尺寸

按照实际结构设置结构尺寸，X，Y方向尺寸无特殊限制，Z方向最小值应该处于基地层中，最大值在上方，同时远离多层薄膜结构至少半个波长以上，其他设置默认。

4. 添加Mesh

点击Simulation栏右方的下拉菜单，添加Mesh。网格有两种添加方案，一种是设置Mesh的尺寸，另一种是基于结构，这里主要考虑多层薄膜反射率，可以把mesh加到多层薄膜和部分基底结构上。   

▲ 图6 Mesh设置

5. 光源设置

点击Sources栏，加入仿真光源。选择平面波光源，入射方向设置z负方向。光源尺寸须大于FDTD尺寸，光源位于结构上方，可通过对比结构尺寸和光源尺寸进行确认。 

▲ 图8 Sources尺寸设置

随后设置入射光波长范围，这里设置成0.3μm ~0.75μm。    

▲ 图9 Sources波长设置     

6. 监视器设置

主要设置反射率监视器：监视器类型选择Frequency-domain field and power。   

▲ 图10 监视器设置

▲ 图11 监视器选择全局

7. 检查运行内存    

点击Check，选择Check simulation and memory requirements。simulation不得超过电脑内存大小，否则无法计算。

▲ 图12 电脑内存检测

8. 运行

上一步检查没有问题的话，点击Check旁边的Run，运行即可，等待运行结束。通常Autoshutoff的数值满足FDTD中设置的停止条件即会提前结束完成计算。

9. 结果分析

右键点击R选项，可查看该监视器平面的电场磁场等内容，选择T选型，查看反射率内容。   

▲ 图13 反射率曲线

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