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摘要 Xrc0RWXB8 [
q22?kT 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。 ~#N^@a }3ty2D#/: .(ki(8Z N 概述 x%5n& B &K/5AH"q (Jy7 •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 v~9PS2 •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。 [*Wq6n •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。 M5CFW >T R=xT \i{4h V_$ BZm%8J vaW,O/F 衍射级次的效率和偏振 &dH/V-te }]'Z~5T }PUQvIGZZ& •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 YOqGFi~` •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。 -$>R;L •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 >iDV8y •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 XnV*MWv •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 IR(qjm\V iG!tRNQ{y ?Bno?\ 光栅结构参数 /q0[T{Wz$ X3P~z8_ <}&n}|! •此处探讨的是矩形光栅结构。 |L11?{ K •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。 KC[ql}JP •因此,选择以下光栅参数: }.>( [\q - 光栅周期:250 nm _8v8qT}O~4 - 填充系数:0.5 kl,I.2- - 光栅高度:200 nm +mIO*UQi - 材料n1:熔融石英 d,tGW - 材料n2:TiO2(来自目录) W1dpKv -W38#_y/\ g
4G& <l opk('7 偏振状态分析 .B_LQ;0:
;'~U5Po8 ]%>7OH' •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 '[Ap/:/UY •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。 c07'mgsU •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。 .jA'BF. gi\2bzWkbX b{%p "%ou'\} 产生的极化状态 <&^P1x<x +i HZ* WT;4J<O/ 33IJbg b&BkT%aA(G 其他例子
ieo Naq ur7sf$ HqC
1Dkw •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。 Aj#bhv •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ;n]GHqzY_ V{4=,Ax {BPNb{dBKr 3>asl54 光栅结构参数 H2[VZ&Pg Se~<Vpo pn"TFapJA •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 IC"lsNq52 •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。 }.*"ezaZw •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。 5^lFksZ •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 kd55y n@%Q 2_ [.:SV|AF# 光栅#1 oE/g)m% KTLq~Ru B}S!l>.z ]+4QsoFNt ]6s7?07m4 •仅考虑此光栅。 LL% Aw)Q` •假设侧壁表现出线性斜率。 p6S{OUiG •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 +\Uq=@ •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 NSs"I] fL$U%I3 ]]Bqte 假设光栅参数: R%Xhdcn7 •光栅周期:250 nm *~Y$8!ad •光栅高度:660 nm 2-G6I92d •填充系数:0.75(底部) 2:[
- •侧壁角度:±6° yBKEw(1 •n1:1.46 G42J •n2:2.08 JJC YM "2'4b 光栅#1结果 3(o}ulp
/6fa
7; WzinEo{f •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 Sjb[v •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 !V.2~V[^M •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 ?58,Ja )\aCeY8o :<}1as!eo etw.l~y 光栅#2 YzA6*2 78~;j1^6u RKi11z u B~C8} <Pn]{N •同样,只考虑此光栅。 ]#NJ[IZb •假设光栅有一个矩形的形状。 bT>1S2s •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 VZz>)Kz: 假设光栅参数: Q$bi:EyJXc •光栅周期:250 nm ]nIH0k3y •光栅高度:490 nm f[ 'uka.U •填充因子:0.5 r'F)8% •n1:1.46 r+RFDg/ •n2:2.08 ~7 w"$H8 D`9 a"o 光栅#2结果 HpKF7oJ'N l/i7< |