pMaxwell RCWA 0.6版新增可视化功能和折射率监视器

逍遥设计自动化

引言
/ k, s6 b2 J8 z* T- h- A% g7 ipMaxwell RCWA 在其最新的0.6版本中引入了令人兴奋的新功能，包括强大的可视化工具和折射率监视器。这次更新大大提升了软件显示和分析仿真数据的能力。本文介绍这些新特性，包括一维和二维绘图功能，以及获取仿真结构中指定界面的介电常数和磁导率的方法。
5 y& Z* x5 R# W  w5 w: }" B$ G! Y
pMaxwell是PIC Studio光电设计与仿真方案的重要组成部分，在整个流程图中位于右下角的元件部分。突显了pMaxwell RCWA在光电子集成芯片设计和仿真过程中的关键角色。

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0.6版本更新亮点：
1. 新增可视化功能：包括1D和2D数据的绘图能力
2. 折射率监视器：允许用户获取指定界面的介电常数和磁导率
- L6 Z0 K8 ]* b/ N3. 增强的数据分析能力：使用户能更深入地理解复杂光学结构
. t# q# R5 I, n
这些新功能不仅提高了pMaxwell RCWA的实用性，还为用户提供了更直观、更全面的数据分析工具。接下来，我们将探讨这些新功能的使用方法和应用实例。
1 {* z: `" C% Q, h: T
7 Q6 ]) e6 N0 G* r* j可视化功能
一维绘图 plot_1D 函数是0.6版本中新增的功能，允许用户轻松可视化一维数据。其语法如下：

plot_1D(x, y, data_type, **kwargs)
. E+ [- Z" z, {+ @参数：
, i3 f& u1 F1 K7 Q; V1 ^0 V

x：x轴数据范围（一维数组或列表）

y：需要可视化的数据（列表、元组或一维数组）

data_type：要可视化的数据类型（"real"、"image"或"abs"）

**kwargs：用于自定义绘图的附加参数
2 n0 W& c  V9 C9 A$ y
' S! J! `9 h. G1 A/ g1 V
/ y2 X4 Q1 }+ c9 y0 T

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6 W! M4 S: A4 u+ f: G2 T图1展示了0.6版本中新增的plot_1D()函数，用于可视化菲涅尔方程数据的例子，显示了导入必要模块和设置绘图的代码片段。

二维绘图 plot_2D 函数能够可视化二维数据：
# P; j+ Y6 y7 n% U, R$ k* ?
plot_2D(x, y, data, data_type, **kwargs)
参数：
5 w5 K" D( K' T  v% e3 E$ \

x：x轴数据范围（一维数组或列表）

y：y轴数据范围（一维数组或列表）

data：需要可视化的二维数组数据

data_type：要可视化的数据类型（"real"、"image"或"abs"）

**kwargs：用于自定义绘图的附加参数

! f8 l. L8 f* H9 l" v3 p

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  y& ~* t/ P  J/ ]/ R8 t图2展示了使用plot_2D()可视化超透镜单元结构xz平面电磁场Ex分量实部的例子。
折射率监视器
9 |/ m* W2 s* c% |8 jpMaxwell RCWA 现在包含了获取仿真结构中指定界面的介电常数和磁导率的函数：
1. GetEpsMu_xy(mesh, layer_number)
2. GetEpsMu_xz(mesh, z_info, y_position)
3. GetEpsMu_yz(mesh, z_info, x_position)

$ Q3 V$ j" D; s; b. K参数：
  x, f! o! h9 V: Z) \+ V7 H" }% z/ Jmesh：仿真网格对象
layer_number：层标记（-1表示入射层，0到N表示结构层，N表示出射层）
0 G+ }* J( g- v9 az_info：z轴范围和分辨率（start, stop, grid_number）
' o" _5 {3 B3 n) `; O; t2 Ax_position：yz平面的x轴位置
8 |" i7 t6 ~; ~2 [  J1 I+ f+ zy_position：xz平面的y轴位置
" }3 D- C$ z# o% |. A
5 k! O( `9 c, f5 j3 Z8 j" A
2 [" ?5 {5 E2 I9 z

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图3提供了使用GetEpsMu函数获取xy、xz和yz平面介电常数的代码片段示例。

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( G; C4 `; ~8 J. t( @; T3 Q; J图4显示了一维矩形光栅结构的xy、xz和yz平面介电常数实部。
/ L. z& D9 D1 _) J) W/ }% i' K. O5 s
结构参数：
周期：300 nm
宽度：200 nm
% {1 H  X! k  R+ d高度：300 nm
硅折射率：4.22706 + 0.0599998j
二氧化硅折射率：1.4616（入射层）

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图5显示了一维倾斜光栅结构的xy、xz和yz平面介电常数实部，其中坐标原点已调整以提供更好的可视化效果。

结构参数：

周期：393 nm

填充系数：0.5

宽度：196.5 nm

高度：300 nm

倾斜角：60°

空气折射率：1.0

光栅折射率：1.8

分层数：30

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6 Y8 H: K, l2 K! |( }图6显示了二维金属超表面结构的xy、xz和yz平面介电常数实部。
9 @" q9 T, j* V: \. J  w, P
- `8 J& q6 b7 x0 x+ ]* g$ p结构参数：

周期：0.4 μm

高度h1：0.5 μm

高度h2：0.04 μm

长度L：0.2 μm

宽度w：0.05 μm

柱介电常数：-14.8406 + 1.65i（铜）

基底介电常数：2.12001（玻璃）

入射介质介电常数：1.0（空气）

出射介质介电常数：2.12001（玻璃）

8 N" U. ^7 z5 ^1 ^+ `; i

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. X0 R! o# ^) U1 g; O/ t图7显示了不规则结构的xy、xz和yz平面介电常数实部，其中xz平面可视化经过缩放以强调结构细节。

9 s6 w, [' i2 S% Z# ^. @结构参数：
' p6 ~* k% f# S8 K) c" a* P4 r

周期：0.35 μm

高度：1.3 μm

柱介电常数：4.1616

基底介电常数：2.12074

入射介质介电常数：2.12074

出射介质介电常数：1.0

+ v! Z% a8 c4 S4 W8 N/ t" X8 `# v
9 y) I1 D( W' l; ^5 V

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图8显示了由长方体和圆柱组成的双层结构的xy、xz和yz平面介电常数实部。

结构参数：
4 e% }) u- Y+ F

周期：0.4 μm

高度h1：0.5 μm

高度h2：0.04 μm

长度L：0.2 μm

宽度w：0.05 μm

柱介电常数：-14.8406 + 1.65i（铜）

基底介电常数：2.12001（玻璃）

入射介质介电常数：1.0（空气）

出射介质介电常数：2.12001（玻璃）
( O' U% T* X, Y& A结论
pMaxwell RCWA 的新增可视化功能和折射率监视器为分析和可视化复杂光学结构提供了强大的工具。通过利用这些特性，研究人员和工程师可以对仿真结果有更深入的理解，从而更有效地设计和优化光学器件。轻松可视化一维和二维数据的能力，以及检查不同平面上介电常数和磁导率的功能，提升了pMaxwell RCWA软件的整体功能和用户体验。这些新功能将帮助用户更好地理解和分析复杂的光学系统，为光电子技术、硅基光电子和光电共封装等领域的发展提供有力支持。
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