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摘要 c^W \0 Vm]u-R`{ 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。 QNxY` MwO`DrV &+Yoob]P 概述 344E4F"ph fiZq C?( j=y{ey7Fd •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ;^9y#muk •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。 U%H6jVE •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。 &N|`Q(QXS !r %u@[( >8=rD WwAvR5jq 衍射级次的效率和偏振 *di}rQHm 4elA<< \+VQoB/ •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 N5jJ,iz •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。 1`v$R0`! •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)。 ,l7',@6Y •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。 / &#b*46 •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。 1/ <Z6 ?U rLx'.: "
'TEBkj|u 光栅结构参数 .g52p+Z# cd:VFjT Vk?US&1q} •此处探讨的是矩形光栅结构。 o7 1f<&1 •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。 E-"b":@: •因此,选择以下光栅参数: B~7]x;8h - 光栅周期:250 nm z%44@TP - 填充系数:0.5 `z~L0h - 光栅高度:200 nm $@@@</VbP - 材料n1:熔融石英 ;b;Bl:%? - 材料n2:TiO2(来自目录) ]Yx& <)VNEy' :<i<\TH' se`^g
,]P 偏振状态分析 jV~+=(w) )F65sV{ u]jvXPE6 •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 <jIuVX •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 9M Ug/ •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 Bl/Z _@ FN"Ye*d ^Q5advxuq }^]TUe@a 产生的极化状态 WI\jm&H r NZ:KJ8ea" 7O\ Qxc\ ">x"BP H rI(uZ] 其他例子 @nxpcHj `!l Qd}W VkZ3 Q7d
•为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 )UN_,'H/V •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 +!eh\.u|] eh}I?:(a? c%5Suu(J6 ` 3h,Cy^ 光栅结构参数 ,^@z;xF Bz4;R9_%I ]qO*(m:}o •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 ]@
N::!m •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 IyoitIbLl
•由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 "V{v*Aei0 •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 2*TPW H-jxH,mJmW <Xb$YB-c 光栅#1 cd]def[d *Z2#U?_ @H61^K< CM4#Nn=i~ rHJtNN8$k •仅考虑此光栅。 [BuAJ930#5 •假设侧壁表现出线性斜率。 6@-O#,]J •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 b0uWUI(= •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 YWhp 4`m uL
|O< ASULg{ 假设光栅参数: sPRo=LB •光栅周期:250 nm j71RlS73 •光栅高度:660 nm n |Q'> •填充系数:0.75(底部) g
[c^7 •侧壁角度:±6° "J>8ZUP •n1:1.46 `Tc"a_p9t •n2:2.08 .wf$]oQQ C(&3L[ 光栅#1结果 e|eWV{Dsz ~qkn1N%' 2k+u_tj> •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。 k FCdGl •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。 FZx.Yuv •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。 UAOH9*9* *&tv(+P )M_|r2dDq3 .05x=28n% 光栅#2 J
Mm'JK? D|g{]nO dyVfDF )}1S
`*J/O #PQhgli •同样,只考虑此光栅。 b] ~ •假设光栅有一个矩形的形状。 E^? 3P'%^ •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 x P$\
} 假设光栅参数: S=qx,<J
39 •光栅周期:250 nm {!xDJnF; •光栅高度:490 nm pZ5eGA= •填充因子:0.5 U(5 Yg •n1:1.46 FQM9>l@6)> •n2:2.08 lK3{~\J-
>f*Zf(F 光栅#2结果 t)hi j&wzu !#dp[,nk VF:95F;@ •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。 + I4s0 •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。 6"/4@? •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。 oa6&?4K?F z4 KKt& ]K|td)1X 文件信息 xM**n3SZ` I}u&iV` <ToRPx&E oW3|b2D Dr5AJ`y9A QQ:2987619807 > *soc!# Y
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