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摘要 *JOK8[Qn #A>*pF 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。 gc4o
|x rVabkwYD #c|l|Xvq2 概述 }cz58% br\3} m0G"Aj •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 IQBL;=.J. •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。 LsR<r1KDJ •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。 v8-szW). hTBJ\1
- ;8H&FsR u/tJ])~@ 衍射级次的效率和偏振 yK{P%oh) :$Cm]RZ i%yKyfD •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 Nr@,In|JS •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 (0`rfYv5.R •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 1XS~b-St •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 ^ iu)vED •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 |mhKD#: {:cGt2*~^ ceg\lE:8 光栅结构参数 X}B]5 eHx {[J? )+FnwW •此处探讨的是矩形光栅结构。 py$Gy-I~[ •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。 DvWBvs, •因此,选择以下光栅参数: @!$xSH - 光栅周期:250 nm o=VZ7] - 填充系数:0.5 wgSFL6Ei - 光栅高度:200 nm k1[`2k:Hk - 材料n1:熔融石英 #W:.Fsq - 材料n2:TiO2(来自目录) ~&/Nl_# nR%w5oe 2zo>`;l \1R*M 偏振状态分析 :MDFTw~ | 6@Q; LV+ %4VM"C4[ •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 ruhC:rg:/ •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。 :Nz
TEK •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。 Lh+7z>1 HmXxM:[4; OfLj 4H6Q 1xxTI{'g[ 产生的极化状态 F, =WfM\ Z){fie4WM e23& d "+Ks# KjA7x 其他例子 $1X!Ecq_ ~Q- /O~ KYhL}C+ •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。 '<"%>-^Gn •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 >U:-U"rA? y=GDuU% mv<cyWp e{:
-N 光栅结构参数 USE! (>Sy, T+V:vuK •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 45+kwo0 •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。 8yr-X!eF •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。 n`Ypv{+ {% •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 $9@Z\0
s_u!
RrC _=w=!U&W 光栅#1 'mU\X!-
4< RZvRV?<bR ylmVmHmc S{cK~sZj +SFo2Wdr43 •仅考虑此光栅。 2J(,Xf •假设侧壁表现出线性斜率。 .>5E 4^$% •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ?.I1"C,#VJ •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 ,=6;dT CwF=@:*d ]xJ2;{JWsO 假设光栅参数: \n0Gr\: •光栅周期:250 nm mqQ//$Y
•光栅高度:660 nm &>@EfW]( •填充系数:0.75(底部) q_6<}2m,U •侧壁角度:±6° !O,`Z`T? •n1:1.46 9@(V!G •n2:2.08 c5Hm94,p cTJG1'm 光栅#1结果 ;>p{|^X0D ds+0y;vc }8'bXG+ •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 6r5<uZ9w_X •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 [MM`#!K% •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 G{s
q|1 7baQ4QY?n grCz@i x8rp Z 光栅#2 0o!Egq_ ma2-66M~j /vPcg *Q3q(rdrp alQ:'K •同样,只考虑此光栅。 PwxRu •假设光栅有一个矩形的形状。 vB/G#\Zqz •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 >x1?t 假设光栅参数: wtro'r3 •光栅周期:250 nm XCZNvLG •光栅高度:490 nm SxRa?5 •填充因子:0.5 )mXu{uowr •n1:1.46 ]OA8H[U-eA •n2:2.08 7NfA)$ K<w$ 光栅#2结果 .\ces2, t'Pn* lZ }H?n% •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。 w`K=J!5y2g •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。 FAd4p9[Y •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。 &Ukh G8p6p6* ^b`aO$ 文件信息
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