三维奈米结构阵列的光学模拟分析.PDF

第三章 三維奈米結構陣列的光學模擬分析 本章節透過FullWAVE 4.0商業光學模擬軟體的一種數值運算方 法：時域有限差分法（FDTD ）來分析連續型三維之抗反射表面結構， 並且模擬不同的結構形狀與不同深寬比所造成的抗反射效果。 3.1 FullWAVE軟體簡介 本軟體係由美國Rsoft Design Group 公司所開發，它是一高度整 合之複雜光子元件模擬設計分析軟體，它使用－有限差分時域 （Finite Difference Time Domain ） 之模擬分析方法，藉以分析一般光束傳播 法（Beam-Propagation-Method, BPM ）所無法建立模型分析的光子元 件。首先在 Rsoft CAD視窗下建立 2D的圖形結構，接著可針對每個圖 形做週期性與非週期性的不同間距排列，如圖3.1所示。建立 2D的圖 形結構後，我們必須對每個元素設定它的高度，使模擬過程符合實際 情形。 圖 3.1 Rsoft CAD視窗建立 2D模式 32 3.2 奈米結構形狀設計 3.2.1 三角錐結構設計 首先設計三角錐結構（ triangular structure ）形狀，平面形狀如圖 3.2(a)所示。定義圖形的符號週期為Λ、高度為d、空氣與基材折射率 分別為n0 與ns 。而設定的參數值如表3.1所示。結構的深寬比（ aspect ratio ）為d Λ 。而在光學軟體中搭配參數值所繪製的三維形狀如圖 3.1(b)所示。 （a） （b） 圖 3.2 (a)三角錐結構平面示意圖 (b) 三角錐結構三維示意圖 表3.1 三角錐結構參數設定值 項目 參數值(nm) Λ 300 d 150~600 n 1.0 0 n 1.54 s 而上述是有關圖形單一結構之定義。為了與將來實驗製作針尖陣列關 係，我們將分析連續型之三維空間型態，如圖 3.3所示。 33 圖 3.3 連續型之三維三角錐結構 3.2.2 半圓形柱結構設計 設計半圓形柱結構（ semicircular structure ）形狀，其設計方式與定義 圖形的符號猶如三角錐結構一樣，如圖 3.4所示。而設定的參數值如 表3.2所示。 （a） （b） 圖 3.4 (a) 半圓形柱結構平面示意圖 (b) 半圓形柱結構三維示意圖 表3.2 半圓形柱結構參數設定值 項目 參數值(nm) Λ 300 d 150~600 n 1.0