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摘要 x?F{=\z/o iUKj:q: 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。 %)e+w+ /6fPC;l ^
Q}1&w% 概述 tv{.iM|V c 0T5>i 0/ {V&7JZl,/ •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 5 6R,+sN •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。 Rju8%FRO •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。 #(H_w4 !RD,:\5V LKZI@i) _7 ;^od=C 衍射级次的效率和偏振 /%c^ i!=f" QUDVsN# 1L|(:m+ •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 }M9al@" •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。 xRUYJ=|oh •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)。 g}-Z]2(c# •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。 D^{:UbN •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。 MocH>^, v3"xJN_,[p NZuFxJ-` 光栅结构参数 M&FuXG% e2fct|' Zy%Z]dF •此处探讨的是矩形光栅结构。 C] w< &o •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。 h~@+M5r, •因此,选择以下光栅参数: c
v
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6F - 光栅周期:250 nm )8SP$ - 填充系数:0.5 k
))*z FV - 光栅高度:200 nm %np#Bv-L - 材料n1:熔融石英 t["Df;"O - 材料n2:TiO2(来自目录) O m m=}X$QF`^ 8957$g r\d:fot 偏振状态分析 Wwha?W> ;%<4U^2 o}A #- •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 njMy&$6a## •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。 PuaosMn(9 •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。 #pSOZX uN
62> JZzf,G: !@{[I:5 产生的极化状态 3L?a4,Q"k} a7\L-T+ C4tl4df9 e,&%Z
7V
(7JV<> 其他例子 (dF;Gcw+ R+0"B )`mF.87b&h •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。 ~iZF~PQ1_ •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 rVy\,#| ;/ KF3
% vXyo p,\bez
光栅结构参数 Q+(:n)G_6E FM"BTA:C i%PHYSJ. •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 T zYgH •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。 *u'`XRJU/ •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。 Xl6ZV,1=n7 •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 b^DV9mO4J sFCs_u1tNN E)wT+\ 光栅#1 h)
PB MZW
Y 8/?uU]#Q Q
EGanpz 9c}]:3#XO •仅考虑此光栅。 %GCd?cFF •假设侧壁表现出线性斜率。 s*/ G-
lY •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 UN?T}p-
oF •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 w^E]N PB<Sc>{U I+?$4SC 假设光栅参数: ZX6=D>)u •光栅周期:250 nm 7W firRM •光栅高度:660 nm GVc[p\h( •填充系数:0.75(底部) Ox*T:5 •侧壁角度:±6° bA^:p3 •n1:1.46 IA 9v1:> •n2:2.08 k=~pA iRDN D3AtYt 光栅#1结果 _&Uo|T PSqtZN 5YG@[ic •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。 VueQP| •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。 $CwTNm? •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 pkV\D 27YLg c 4U
a~*58 _KhEwd 光栅#2 aco}pXz )tI2?YIR *ez~~ Y L5qCv -{ 9k+&fyy •同样,只考虑此光栅。 0e:QuV2X •假设光栅有一个矩形的形状。 c;8"vJ •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 i&'^9"Z)O 假设光栅参数: p<0kmA<B/ •光栅周期:250 nm <
J<;?%] •光栅高度:490 nm uZ`d&CEh •填充因子:0.5 "K$ Wh1<7 •n1:1.46 ZJI1NCBZ •n2:2.08 G5nj,$F+ :*&9TNUE@ 光栅#2结果 >?{iv1
k E#_Pc PxVI{:Uz •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 6=g]Y!o$ •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。 D.&eM4MZ •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。 $7gB&T.x SL\y\GaV >]XaUQ- 文件信息 7MuK/q. vPl6Dasr p`<e~[]a B-ri}PA <E7Vbb9* QQ:2987619807 mp+\!
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