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摘要 5j6`W?|q LO>42o?/i 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。 ]JV'z< R&J?XQ :dAd5v2f 概述 "=T&SY 2\QsF,@`YU 8W?dWj •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 l
$"hhI8 •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。 .V?[<}OJn •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。 |K06H
?6X kFV, Fg
\6JOBR ?1a9k@[t 衍射级次的效率和偏振 ,^97Ks
; {G VA4=UAE $2L6:&.P, •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 ,3y9yJQa*# •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 ~IS8DW$; •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)。 DQm%=ON7 •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+&3') •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。 7K:V<vX5
hW<v5!, ?'9IgT[* 光栅结构参数 ]p3f54! C?T\5}h Cl]?qH*: •此处探讨的是矩形光栅结构。 O6R)>Y4 •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。 ng"=vmu •因此,选择以下光栅参数: hN
&?x5aC> - 光栅周期:250 nm }:
HG)V - 填充系数:0.5 kzDN(_<1 - 光栅高度:200 nm )J}v.8 - 材料n1:熔融石英 Oo}h:3? - 材料n2:TiO2(来自目录) O'mcN* _wS=*-fT ,T<JNd' DylO;+ 偏振状态分析 2 HEU D3X4@sM DfD
>hf/ •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 Y(.e e%;, •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。 8b)WOr6n •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。 . : Wf>: :^v Q4/,
u ;-&r'J> 2Lf,~EV 产生的极化状态 )Y7H@e\1 3k`Q]O=OU
$`E?=L`$ f
+{=##'0
D}98ZKi 其他例子 IMH4GVr" Mh.1KI[t (?7=,A7^ •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。 3R+%C* 7 •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 5@w6pda s)a-ky( nn_O"fZi Sfz1p 光栅结构参数 :o>=^N WiS3W;
N3n] •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 \yr9j$ •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。 \9)5b8 •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。 .B:ZyTI •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 d:(Ex^^
ES~b f hG?y)g\A 光栅#1 d m8t~38 P}v
;d]
g"m'
C6; .|
4P
:r ]F4QZV(
M •仅考虑此光栅。 _ ;j1g% •假设侧壁表现出线性斜率。 WigtTAh4 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 S hI1f •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 tYu<(Z(l) k$3pmy* (,U|H` 假设光栅参数: d4S4
e •光栅周期:250 nm !9;m~T7. •光栅高度:660 nm An.
A1y •填充系数:0.75(底部) SGWb*grt •侧壁角度:±6° lYG`)#T •n1:1.46 L|CdTRgRCB •n2:2.08 MzIDeZ Nw*<e ]uD 光栅#1结果 .l1x~( 3W?7hh dy&G~F28 •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 |>;PV4])( •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 {r_HcI(h •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 qUJ"* )S NUV">i.( B$eM wQ+pVu?6_ 光栅#2 .-Lrrk)R+ uy{O
qLEYBv-3 |a{;<a `MI\/oM@ •同样,只考虑此光栅。 *9\j1Nd •假设光栅有一个矩形的形状。 jY=y<R_oK •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 4 Ej->T. 假设光栅参数: u7< +)6- •光栅周期:250 nm 1Wpu •光栅高度:490 nm 3FiK/8mu •填充因子:0.5 c]4X`3] •n1:1.46 Wk%|%/: •n2:2.08 {=GmXd%D 3``JrkPI 光栅#2结果 'nTlCYT 1#d2 +J* sX1DbEjj[o •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。 *K/K97 •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。 OJ&'Z}LB •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。 <2pp6je\0s IC
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*Jsb~wta 文件信息 05wkUo:9 t\Vng0
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