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摘要 `fm^#Nw v==]v2- 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。 $u-yw1FT #G`UR :3$$PdZ 概述 RV{'[8gM !GL
kAV WY3D.z-</ •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 QO|roE •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。 Kp.d#W_TX •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。 ^;[|,:8f7L i<ug("/ ,ag:w<km N# ?}r>W3 衍射级次的效率和偏振
7%g8&d sH_5.+,` Q#a<T4l •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 WVa#nU^ •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。 P
g{/tMY •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)。 R_|Sg •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。 rz'A#-?'oG •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。 0[SJ7k19 sCi"qtHP npD`9ff 光栅结构参数 BXx0Z
%e.3 R<-u`uXnP q5D_bm7,3 •此处探讨的是矩形光栅结构。 E` O@UW@ •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。 9f/RD?(1O •因此,选择以下光栅参数: =iZj&B X - 光栅周期:250 nm F[HMX4 - 填充系数:0.5 Za4X
; - 光栅高度:200 nm G,]%dZHe - 材料n1:熔融石英 U0Q:sA U - 材料n2:TiO2(来自目录) Vy6A]U\% 93+p~? |1z?#@BH 6%nKrK 偏振状态分析 )08mG_&atL A3jT;D9Y% <XAW-m9SC •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 nS`DI92I •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。 <ic%c/mN •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。 H/Wo~$ |#x]FNg _Vj uQ H[S 4o, 产生的极化状态 ^ .]]0Rp& 6L\?+=X gOnVN6 GLIe8T*ht 6gSo>F4= 其他例子 K;fRDE){ J#L"kz luYa+E0 •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。 `fA|])3T •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 Pn;Tg7oz icnc5G 9~FB^3Nz_ >^!qxb- 光栅结构参数 Xgs 31#K `z?6.+C kS@6'5U •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 +d=cI •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。 E$w2SQ •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。 X=Th •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 |x[zzx#
>- 9*"Ae0ok1 :Jz@` s1n 光栅#1 No1*~EQ @fML.AT %I&[: VXpbmg!{S R>05MhA+ •仅考虑此光栅。 [nBdq"K •假设侧壁表现出线性斜率。 8,(FJ7OCT, •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 AZi|85rN •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 6N^sUc0s c,\!<4 s?j` _B 假设光栅参数: 9w%|Nk>=> •光栅周期:250 nm ~sd+ch* •光栅高度:660 nm D{4Ehr "T •填充系数:0.75(底部) Rp!R&U/ •侧壁角度:±6° @ n-[bN •n1:1.46 ~BSE8M+r •n2:2.08 y].vll8R Ckelr 光栅#1结果 ;g0p`wV 0%9Nf!j wGXnS"L! •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。 @y#QHJ.j
•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。 .7!n%Ks •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。 ^YpA@`n ?-"%%# GO=& 6"d^4L? 光栅#2 8, >YB+Hb .>K):|Opv *TjolE~o q
$Hg\ {c ~m]sJpW<" •同样,只考虑此光栅。 `3v!i •假设光栅有一个矩形的形状。 *=- o0 c •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ~"Pu6-\VT 假设光栅参数: &r{.b#7\/A •光栅周期:250 nm b :Knc$ •光栅高度:490 nm !_EaF`oh( •填充因子:0.5 q*<Fy4j •n1:1.46 =s2dD3Fr| •n2:2.08 X>n\@rTo =-ky%3:`@ 光栅#2结果 [I`r[u ,@_$acm S_z}h •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。 ,C#Mf@b •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。 Bh9O<|E •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。 yAu-BObD hLVS}HE2 a:PS}_. 文件信息 VtR?/+8X RaKfYLw > n~l\
fC Fb<r~2 Y4%Bx8 QQ:2987619807 v;E7UL
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