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摘要 zXv2plw( JR4fJG 光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 1c*XmMB y3@5~ 4+ *f3?0w 概述 2X@" #wIg wp>L}! #b$qtp!, •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 qW|_|%{U+ •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 A $W~R •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 |sPUb;&~ em?Q4t &[y+WrGG j4}Q 衍射级次的效率和偏振 t`E e/L% >|g(/@IO 9}aEV 0 V| •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 @5*$yi 'Cp •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 CK(`]-q>, •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 ibh,d.*~g •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 L4or*C^3 •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 z2[{3Kd* 8Cw3b\ne WlmkM?@ 光栅结构参数 >IJX=24Rc ,#K{+1z: PUErvLt •此处探讨的是矩形光栅结构。 V{n7KhN~Y! •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 &6nLnMF8x •因此,选择以下光栅参数: puox^ - 光栅周期:250 nm L"}tJM.d - 填充系数:0.5 ;Pe=cc"@ - 光栅高度:200 nm 1h?QEZ,6a - 材料n1:熔融石英 [G'
+s - 材料n2:TiO2(来自目录) )Bu#ln" C!)ZRuRv H`1q8}m P~s u]+ 偏振状态分析 CZog?O}< "v/Yw'!
) WV}HN •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 `RXlqj#u •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 D!&]jkUN •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 m"!Q5[ R]3j6\ d'iSvd. jXPbj. 产生的极化状态 <!F".9c@A %<fs \J^k t1wzSG 6j95>} @ YdyTt5- 其他例子 i|m8#*Hd 9sI&d @saK:z •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 _}F_Q5) •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 -fp/3- ,&y_^-|d 4U~'Oa@p ; tQ(l%! 光栅结构参数 2|ej~}Y :zY;eJK m m#[9F']Z` •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 (V1;`sI8 •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 Y=?{TX=6<[ •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 }ice*3'3 •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 kR3wbA iJj!-a:z. y4l-o 光栅#1 -v-kFzu %8wBZ~1- Hzj8o3 K\xnQeS<W RyU8{-q •仅考虑此光栅。 #Hz9@H •假设侧壁表现出线性斜率。 d3
i(UN] •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 I?E+ •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 E_I-.o| 8EMBqhl Pksr9"Ah 假设光栅参数: /W`CqJk-*. •光栅周期:250 nm YtKT3u:x •光栅高度:660 nm xQU//kNL •填充系数:0.75(底部) S7WHOr9XMV •侧壁角度:±6° I\1"E y •n1:1.46 ~k-' •n2:2.08 65JG#^)KaX 0Ze&GK'Hf 光栅#1结果 Er|&4-9 FyWf`XTO H! 5Ka#B •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 |bSAn*6b •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 1Az&BZU[ •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 Te~jYkCd =,q/FY: qdwo 2u =liyd74%` 光栅#2 sC[#R.eq &Ep$<kx8 #o[n. @
U"Ib dc4XX5Z •同样,只考虑此光栅。 "Dk@-Ac •假设光栅有一个矩形的形状。 17c`c.yP •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 YU0pWM 假设光栅参数: 4clCZ@\K^ •光栅周期:250 nm PWvT C`? •光栅高度:490 nm tj00xYY •填充因子:0.5 *^7^g!=z2 •n1:1.46 ,wg (}y' •n2:2.08 4IB`7QJq SJO*g&duQ 光栅#2结果 (QqeMG,Y DwFvM0O6\ ,K6ODtw. •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 GmJ
\3]{PZ •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 U
v>^ Z2 •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 ak3WER|f# !IC
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