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L_kSC? (pN:ET 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。 VPoA,;Y"- d(9ZopJrQ
_GS_R%b 概述 /N.xh Yl4XgjG d$qivct •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 *;cvG?V •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 h|qTMwPr •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 ovm109fTx (iQ<
[3C= hOZ:r =% mq
0 d ea 衍射级次的效率和偏振 'u@,,FFz[K E2dl}S zp |i_+b@Lul •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 j.=&qYc0" •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 S7pf
QF •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 \LuaI •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 {A^ 3<=| •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 nA owFdCD 0?V{u`* D6+^Qmu"p 光栅结构参数 DVJuX~'|! L%S(z)xX3 M./1.k&@ •此处探讨的是矩形光栅结构。 _2Zc?*4 •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 >]{{5oOQ> •因此,选择以下光栅参数: )6U6~!k - 光栅周期:250 nm osM[Xv - 填充系数:0.5 Fs$mLa - 光栅高度:200 nm #~}4< 18 - 材料n1:熔融石英 2CMWJi - 材料n2:TiO2(来自目录) [_T6 v[~~q }|UTwjquBD -6W$@,K 偏振状态分析 VwN=AFk
Oj Y sDai< DX0#q # •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 7Y?59
[ •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 -!lSk?l •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 lLur.f qWU59:d^{ &E]<KbVx 3qQ}U}-; | 产生的极化状态 sFPh? o)wOXF 6W<Ig; c!kz wc( C).+h7{nd 其他例子 >u\'k+= "r=p/"4D !
o?E. •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 Y
.E.(\ •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ;Kh[6{ W SmS6B5j\R HJ!!" Mr*CJgy 光栅结构参数 \maj5VlJ E#A}2|7,g z%]3`_I •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 u/CR7Y •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 ac,<+y7A •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 Ax 4R$P.]u •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 @nnX{$YX 'JO}6
;W "AlR%:]24~ 光栅#1 F ~e}=Nb kaRjv 'X\C/8\ ivSpi?
V0bKtg1f?- •仅考虑此光栅。 OTEx9 •假设侧壁表现出线性斜率。 X;{U? `b- •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 6|Crc$4l •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 EkOn Rm_hn S,s") )A1 q#0yu"< 假设光栅参数: h m( •光栅周期:250 nm aSeh?2n8 •光栅高度:660 nm "9RW<+ •填充系数:0.75(底部) ZO \bCrk •侧壁角度:±6° Z"G?+gM@ •n1:1.46 NV^n}]ci •n2:2.08 Egl1$,e ks8x xY 光栅#1结果 jG^OF5. s=XqI@ 7 v(<<> •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。 sv*xO7D. •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。 l 4cTN
@E •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。 c`V~?]I> PLWx'N-kqL {"^#CSi WtbOm 光栅#2 x{{ZV] T( bFn? ptpu
u=3" ?E7.x%n7X5 K9UWyM<(2C •同样,只考虑此光栅。 $!"*h
•假设光栅有一个矩形的形状。 qCYXkZ%` •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 a EqDxr6 假设光栅参数: Fy]j33E •光栅周期:250 nm RkBbu4uQ- •光栅高度:490 nm 3.I:`>;EO •填充因子:0.5 #)$@Kvm •n1:1.46 TWJ%? /d •n2:2.08 Yc1ve !4
G9`>n 光栅#2结果 XDq*nA8#5B /bv4/P eMDraJv@ •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。 T>s3s5Y •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。 m-!Uy$yM •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:D,\`;) p'IF2e&z s:#\U!>0` 文件信息 v/WvT!6V` p/inATH n6 a=(T WT>2eMK[ gEU|Bx/!= QQ:2987619807 \LpR7D
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