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摘要 Ca"+t
lO ]<z(Rmn`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。 &_hCs![ 0BD((oNg __%E!*m"<_ 概述 JJ3JULL2 tBUQf*B Ui;s.f •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 .TS=[WGMS •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。 ]+7c1MB(5 •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。 V/%;:ul. ",_
oT{yttSNo O!Cu.9} 衍射级次的效率和偏振 eE_XwLE w o9f99 shvcc •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 tX}S[jdq •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。 "
CoR?[,x •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)。 z5'nS&x •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。 ZU'^%)6~o~ •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。 C>VZf,JE1
-RDs{c`y%N x^skoz 光栅结构参数 N0hU~| / MCG~{#` ^C|9K>M •此处探讨的是矩形光栅结构。 JAlsc]XtO9 •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。 UH|.@7w •因此,选择以下光栅参数: T^G<)IX`c - 光栅周期:250 nm 'PbA/MN - 填充系数:0.5 Z"T(8>c;g - 光栅高度:200 nm Ls*=mh~IY - 材料n1:熔融石英 aC 0Jfo - 材料n2:TiO2(来自目录) 1e} 3L2rC M3`A&*\; #_\~Vrf(# 3vD,hL`& 偏振状态分析 ibw;BU ZfikNQU9r /MtacR •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 giJyMd}x •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。 nJg2O@mRJ •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。 Xy}S}9 l/NK.Jr
NZP,hAUK, Jl ?Q}SB 产生的极化状态 "ukbqdKD E1_4\S*z
iK:]Q8b WQL`;uIX .x%SbG<k{ 其他例子 oFp&j@`k8j --sb ;QG fh<G&E8
p •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。 {jG`l$$ •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 :[3\jLrc P s;:g0 w[-Bsf
KW<CU' 光栅结构参数 _R6> Ayw* 6'zy"UkH ZeZwzH)BD •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 xd@DN;e •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。 iN*@f8gf •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。 _: K\v8 •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 cpV i9]
)`^:G3w kpu^:N& 光栅#1 jFfki.H *93 N0m4Rl
sTz*tSwQv u'p J9>sC 1-#tx*>AY •仅考虑此光栅。 kz^G.5n •假设侧壁表现出线性斜率。 T\>=o] •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 }o4Cd$,8 •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 yNL71 >w4 <9~qAq7^ b'YbHUyu 假设光栅参数: rpmDr7G •光栅周期:250 nm (1^(V)@ •光栅高度:660 nm -tQ|&fl •填充系数:0.75(底部) i}19$x.D` •侧壁角度:±6° -E7\.K3 •n1:1.46 lLhCk>a •n2:2.08 uM8gfY)OI NL 37Y{b 光栅#1结果 4SYN$?.Mp :w+Rs+R 5hAg*zJb5o •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 \2jY)UrQs •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 EIRf6jL •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 5z_) F@BNSs N= A?/?9Gr D }\`5L< 光栅#2 v|GvN|_| ?6dtvz;K+?
,l6W|p?ZO^ LsXYvX :$j~;)2 •同样,只考虑此光栅。 VA0TY/{
] •假设光栅有一个矩形的形状。 DKZ69^ •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ]^y}}y 假设光栅参数: =%L^!//c •光栅周期:250 nm _MU'he^W •光栅高度:490 nm 9O"?T7i"# •填充因子:0.5 S,H{\c •n1:1.46 gT.-Cf{ •n2:2.08 S%@$J~\rx j*5VJ: 光栅#2结果 KJd;c. bA)Xjq)Rr \&H%k •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。 CbZ1<r" / •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。 Aq"_hjp •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。 xn"g_2Hi fAs:[
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