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摘要 S&01SX6 \ 3G*j` 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。 NjP ]My r=$gT@ ohsH 2]C 概述 ]QS](BbD: q^]tyU!w BSDk9Oc •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 5~[N/Gl •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。 :H\&2/j •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。 (#z;(EN0t Qi:j)uDW l5HWZs^ 4#h?Wga 衍射级次的效率和偏振 QkE,T0,/?h y\Dn^ $3 vhddO •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 9GPb$gtx •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。 6w!e?B2/% •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)。 x~Agm_Tu+' •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。 _.=`>%, •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。 b^Z$hnh]S ph#efY`a: 8}z3CuM 光栅结构参数 lM+ xU; QT;Va#a ~},~c:fF? •此处探讨的是矩形光栅结构。 A6i
et~h[ •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 k(v"B@0
•因此,选择以下光栅参数: 6ZOAmH fs - 光栅周期:250 nm f?0D%pxc}& - 填充系数:0.5 <A{y($ - 光栅高度:200 nm u}m.}Mws - 材料n1:熔融石英 -ek1$y9) - 材料n2:TiO2(来自目录) (H1lqlVWV# ?@3&dk~ni !&JiNn(' ]738Z/)^ 偏振状态分析 BkV(81"C P\T| [%E' pg!`SxFD •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 gD1+]am •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 ~v\hIm3=m •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 Rn;VP:H M ?} X}# %yvA ^r4|{ 产生的极化状态 _25d%Ne0 6? !I ctK65h{Eo S\b K+ wibwyzo 其他例子 4(8<w cL j[H0SBKC \=Nm5: •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 6W:1>,xS •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 (Z
8,e #Z!#;%S u>m'FECXj x,f>X;04 光栅结构参数 7$#rNYa,z s,kU*kHn q-H&5K •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 5pmQp}}R •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。 7O9n!aJ •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。 |mvM@V;^8{ •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 C
rfRLsN] qS|AdkNL LGfmUb-{] 光栅#1 ?^F5(B[+Y 'QnW9EHLF 8(^
,r#Gy V pH|R +nzTxpcP@K •仅考虑此光栅。 ZBC@xM&- •假设侧壁表现出线性斜率。 ([tG y •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 E$R_rX4x •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 vU{jda$$# ]xYa yN!n _<3r'Y, 假设光栅参数: XR<G}x •光栅周期:250 nm 4ODX5If •光栅高度:660 nm j=\Mx6os •填充系数:0.75(底部) d{3I.$ThH •侧壁角度:±6° );!dg\U •n1:1.46 V>r j$Nc] •n2:2.08 Ym`1<2mq\ @f%wd2 光栅#1结果 rXuAixu!t jQkUNPHu Q~b_dx{m •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。 $^ubo5% •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 | 4 `.#4 •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 w~n kNqm 6}"lm]b p8_2y~! a 1NCVZ 光栅#2 Nv{eE<<6 5/k)\` xp(mB7;: J(^
>?d' p#z;cjfSt •同样,只考虑此光栅。 }pt-q[s> •假设光栅有一个矩形的形状。 y6\ [1nZ •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 bYK]G+Ww 假设光栅参数: O8iu+}]/6 •光栅周期:250 nm 6Z$b?A3zM •光栅高度:490 nm o;%n,S8J|^ •填充因子:0.5 EtJD'& •n1:1.46 }\U0[x#q •n2:2.08 b~F!.^7Q e`vUK.UoW 光栅#2结果 tG_-;03<`4 3JTU^ -S< S7Qen6lm •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。 sBbL~ce50? •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。 8.PXTOhVL •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。 vrQFx~ZztH b5[f 5 q;IhLBl' 文件信息 "i}Z(_7yr HK^a:BI 9DmSs=A V2lp7" #wGQv QQ:2987619807 g<0w/n!jmC
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