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摘要 ?Y* PVx9Y ;wrgpP3 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。 :_ox8xS4 _#B/#^a ak[)+_k_ 概述 EVsZ:Ra^k Nig-D>OS AF6'JxG7 •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 #J_i 5KmXJ •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。 >Z%`&D~u •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。 =@o} Q2Rj0E` v'tk:Hm1 |#6Lcz7[ 衍射级次的效率和偏振 z^.0eP8\j s=4.Ovd\ CgC wM=!r •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 Q
# gHD •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。 -s"lW 7N^ •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)。 8vK&d> •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。 k7*q.2 0 •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。 -yeT $P&| tw66XxE k9n93I|Cm 光栅结构参数 R8l9i2 nmr>Aj8[ ,H*3_c&Q •此处探讨的是矩形光栅结构。 Rd)QVEk>SD •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 "T|\ •因此,选择以下光栅参数: "L]_NST - 光栅周期:250 nm \BL9}5y - 填充系数:0.5 <=Qk^Y2k - 光栅高度:200 nm <X?F :?Mk - 材料n1:熔融石英 5oS\uX| - 材料n2:TiO2(来自目录) eAMT7 2_ ,"o\_{<z "|if<hx+ KXJHb{? 偏振状态分析 N"TD$NrK\ h.*|4; :z\STXq •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 PJ{.jWwD •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。 W=!f •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。 #82B`y<<y/ rzu^br9X ;Peyo1 AN@Vos
Cu 产生的极化状态 '' 6 J5k% f@0`, E_K7.c4M \
(,2^T'$J 其他例子 \cG'3\GI H|Ems}b tz,FK;8 •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 Ero3A'f •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 G;e}z&6<k Gsb]e Ot?rsr U:Y?2$# 光栅结构参数 zF PSk] /?sV\shy cQ`,:t#[ •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 AF@C9s •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。 am}zOr\ •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。 v,jU9D\ •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 .NKN2
:9<5GF( WCH>9Z>cj 光栅#1 gisZmu0 ,0~=9dR \21!NPXH2 jzQgDed ] -a3C3!! •仅考虑此光栅。 b#sO1MXv •假设侧壁表现出线性斜率。 SC# •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 FQ5# v{ •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 \?j(U8mB> e*tOXXY1 v[m>;Ubg& 假设光栅参数: PYZ8@G •光栅周期:250 nm H_{Yr+p •光栅高度:660 nm Q-\: u~ •填充系数:0.75(底部) 1peN@Yk2W •侧壁角度:±6° )lZb=t •n1:1.46 \|M z'* •n2:2.08 fIu/*PFPVY K$4Ky&89
光栅#1结果 ){v nmJJ% |K]tJi4fz R8HFyP •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 mz47lv1? •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 Y9ru~&/o$ •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。 zQ6otDZx m9r
X k{; 2*6b0 NOvN8.K% 光栅#2 dP82bk/e B{44|aq1 | gD-<^Q- ZPXxrmq% Hg]r5Fe/c •同样,只考虑此光栅。 cG.4%Va@s_ •假设光栅有一个矩形的形状。 ]\{EUx9 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 DUaj]V{_^ 假设光栅参数: -0Ps.B •光栅周期:250 nm ?Pa5skqR •光栅高度:490 nm 2vynz,^ET •填充因子:0.5 JMXCyDy; •n1:1.46 :V&#Oo •n2:2.08 OF}vY0oiw? d%iMjY`~[g 光栅#2结果 2QdqVwm V
V<Zl iNcB6,++ •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。 %5'6^bT •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。 >mz<=n
•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。 H?PaN)_6-+ @,$>H7o L+&$/1h] 文件信息 f mf(5 />H9T[3= +ps(9O/B> s_/CJ6s `2G 0B@ QQ:2987619807 0`:0m/fsU
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