ブレーズ型メタグレーティングのモデリングと設計｜VirtualLab技術情報

メタグレーティングは、通常ナノピラーで構成されていて、様々なアプリケーションでますます注目を集め始めています。非近軸の場合での高い回折効率と、偏光に対する無依存性で知られています。この例では、P.Lalanneらの研究を基に、矩形のナノピラーを用いたブレーズ型メタグレーティングを構築し、VirtualLab Fusionでの最適化を示します。特に、回折効率の偏光依存性をシミュレーションで評価します。

モデリング概要

次の方法で1次光の回折効率を最適化したメタグレーティングを設計するには、どうすればよいでしょうか。

• 適切な単位セルと構成要素の選択
• 1グレーティング周期内の位置の調整と最適化

グレーティングのパラメーターと設計方法は P. Lalanne, et al., Opt. Lett. 23, 1081-1083 (1998) に基づいています。

単位セルの解析（酸化チタンのみ）

まず、直径（D）を変数とした同一の矩形ピラーが周期的に繰り返す構造を仮定します。

振幅・位相透過関数 vs. ピラー直径（波長 633 nm）

単位セルの解析（酸化チタンのみ）

まず、直径（D）を変数とした同一の矩形ピラーが周期的に繰り返す構造を仮定します。

単位セルの選定（酸化チタンとガラス基板）

実際には、基板はピラーとは異なる材質です。ここでは、ガラス基板について考えます。

振幅・位相透過関数 vs. ピラー直径（波長 @633nm）

ピラー直径の選定

実際には、基板はピラーとは異なる材質です。ここでは、ガラス基板について考えます。

ブレーズ型メタグレーティング構造

初期設計の性能解析

透過電磁場の可視化

透過電磁場の可視化

メタグレーティングのさらなる最適化

グレーティング解析のためのFMM/RCWAと組み合わせた滑降シンプレックス法による最適化

最適化された設計の性能解析

VirtualLab Fusionの機能

VirtualLab Fusionでの流れ

• メタサーフェスの単位セルの解析
  – Rigorous Analysis of Nanopillar Metasurface Building Block [Use Case] 
• メタグレーティングの構築 
  – Metagrating Construction - Discussion at Examples [Use Case] 
• グレーティングの回折効率の解析 
  – Grating OrderAnalyzer [Use Case] 
• グレーティング構造のパラメトリック最適化 
  – Parametric Optimization [Tutorial Video]

VirtualLab Fusionのテクノロジー

ドキュメント情報

タイトル	ブレーズ型メタグレーティングのモデリングと設計
ドキュメント番号	GRT.0020
バージョン	1.0
Edition	VirtualLab Fusion Advanced
使用したバージョン	2020.1 (Build 1.238)
カテゴリー	Application Use Case
参考資料	Rigorous Analysis of Nanopillar Metasurface Building Block Design of 2D Non-Paraxial Beam-Splitting Metagrating Analysis and Design of Highly Efficient Polarization Independent Transmission Gratings