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摘要 * >8EMq\^ iy]?j$B$ 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。 _)~VKA]"" Y|
ch ; 8gt&*;'}*D 概述 ``6- 8~TKiR5 $z 5kA9 •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 M:iH7K •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。 OIjSH~a. •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。 ~<_WYSzS 'U0W RU~ku{8? 4i+%~X@p 衍射级次的效率和偏振 d2-oy5cEB >s0![c oz qc\D=3#Yp •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 G'(rjH>q •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。 WY!4^<|w" •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)。 t*)mX2R, •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。 6DgdS5GhT_ •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。 (+/d*4 V{A`?Jl6{ SO[ u4b_"h 光栅结构参数 RgQs`aI X;l/D},. PiCGZybCA •此处探讨的是矩形光栅结构。 uLPBl~Y
•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。 af9KtX+ •因此,选择以下光栅参数: lI.oyR' - 光栅周期:250 nm |5X[/Q*K`W - 填充系数:0.5 $AE5n>ZD$ - 光栅高度:200 nm 1+XM1(|c` - 材料n1:熔融石英 0_MtmmL. - 材料n2:TiO2(来自目录) e"NP]_vh, ]t`SCsoo $gD8[NAIx= VO=Ibu&X 偏振状态分析 dl6U]v= V %D1Q}X n\JI7A} •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 kw]?/s` •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。 #d-zH:uq •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。 HTGLFY(& ?# _{h k,k>w#& P*~
vWYH9 产生的极化状态 C1UU v=| $j<KXR 7}6CUo [Z#Sj=z #9!7-!4pW 其他例子 OHsA]7S pq&[cA_w c"Vp5lo0 •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 jnTTj l •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 tH.L_< N vB{iw}Hi! ~?HK,`0h> {B4qeG5 光栅结构参数 Sp:w _;{# 3Ke6lV)uq 1PUZB`"3 •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 ]S[?tn •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 :/$WeAg •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。 {tY1$}R •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 Dm5 Uy^F} $8%"bR;Hu 8B?U\cfa^ 光栅#1 >Bf3X&uS -n"wXOx3 c3g`k"3*` dgoAaS2M .'<K$:8@| •仅考虑此光栅。 -$[&{.B. •假设侧壁表现出线性斜率。 Q[rZ1z •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 51Y%"v t •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 sg2% BkTI 1(IZ,*i ^4^N} 7>5 假设光栅参数: 7_76X)gIV •光栅周期:250 nm D_czUM •光栅高度:660 nm !W@mW
5J| •填充系数:0.75(底部) 3-{BXht) •侧壁角度:±6° PRaVe,5a •n1:1.46 `Y4K w •n2:2.08 72Y6gcg nv@z;#& 光栅#1结果 7)r]h? rMbq_5}
v>B412l •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 \?T9v •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 FrXP"U}Y •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 ,mp<<%{u iKJqMES 5 k3m"* ge
GhM>G 光栅#2 :#^qn|{e @GQfBV|3 :1j8!R5 Jp]?tlT `M6"=)twu •同样,只考虑此光栅。 P7XZ|Td4* •假设光栅有一个矩形的形状。 bAZoi0LR
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 W?.469yy 假设光栅参数: &3Zb? •光栅周期:250 nm 9Sxr9FLW~ •光栅高度:490 nm :) lG}c
•填充因子:0.5 xBTx`+%WS •n1:1.46 aX;>XL4 •n2:2.08 .k]`z>uv y&,|+h 光栅#2结果 Gd%i?(U,R m.m6.
^rVHaI •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 l1DJ<I2 •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 jj2iF/ •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 U+x^!{[/ fc*>ky.v 5+M,X kg 文件信息 3d6z_Yd: t2(X vu*e*b$} x:MwM? 5:IDl1f5 QQ:2987619807 yogavCD9b/
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