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摘要 z3 ^_C`(F ]Ue
aXwaU 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。 w*~s&7c2B %${$P+a`D 78*8- 概述 X}]A_G <L*`WO]\l wjH1Ombt •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 yK& •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。 >}+R+''nR •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。 0=U|7%dOL &RbPN^ cR!M{U.q OXpN8Dh5 衍射级次的效率和偏振 IIT[^_g m rsmul{ I0H]s/*C%9 •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 \ `z%5/@f; •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。 31 <0Nw;l •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)。 J,?F+Qji&= •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。 ?[.8A/:5 •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。
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x'\C'zeF du~V=%9 光栅结构参数 L#'XN H" a}FY^4hl+ smQl^
6a •此处探讨的是矩形光栅结构。 .vy@uT, •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。 o
o'7 •因此,选择以下光栅参数: djnES,^%9 - 光栅周期:250 nm WvArppANo - 填充系数:0.5 'ZI8nMY - 光栅高度:200 nm
$v#`2S(7 - 材料n1:熔融石英 }[lP^Qs - 材料n2:TiO2(来自目录) W,H8B%e ^$%
Sg// t_!p({ U$OI]Dd9 偏振状态分析 5rbb
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&n OE0G*`m •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 :] U\{;q2 •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。 yZ[g2*1L •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。 ^dk$6%0 J]Z~.f=" "9c=kqkX VZr:yE 产生的极化状态 JttDRNZAU *{+{h;p R{bG`C8.d -3)jUzD 1,;zX^ 其他例子 \$.{*f 3TCRCz i@5Fne •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 Q0K$ZWM`7 •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 A&Aj!# sfr+W-7kx 8Vj'&UY 'n-y*f 光栅结构参数 v
;}s`P\" p)iEwl}!j _ pz} •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 n6WKk+ •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。 6uo;4}0 •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。 K6-M .I •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 s^eiym P 4L8hn4F egG<"e*W}N 光栅#1 EI 35&7( 4RtAwB lD3nz<p Rb0I7~Z%'d lcm[l •仅考虑此光栅。 `wt so •假设侧壁表现出线性斜率。 1]~w?)..' •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 3rKJ<(-2/ •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 L0!CHP/nRS ;H~<.QW 9ZJ 8QH 假设光栅参数: BXYH&2]Q •光栅周期:250 nm HVHv,:bPo •光栅高度:660 nm (VjU ,'h •填充系数:0.75(底部) _;;Zz&c •侧壁角度:±6° i}DS+~8v •n1:1.46 9ET1Er{4 •n2:2.08 ,oA<xP-* 'v V7@@ 光栅#1结果 7:<w)Al! ={ms@/e/T \$wkr •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。 `nl n@ ; •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。 \|S!g_30m •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。 OA[e}Vn DpgTm&}- {jz`K1 2Ckx.m & 光栅#2 R);Hd1G Fa )QDBz) /qX?ca1_4^ (*9.GyK dg24h7|] •同样,只考虑此光栅。 m|qktLx •假设光栅有一个矩形的形状。 aE`d[dSG •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 z~ C8JY: 假设光栅参数: \c:$eF •光栅周期:250 nm "ntP92 8 •光栅高度:490 nm Jo\P,-\( •填充因子:0.5 y'K2#Y~1e •n1:1.46 fu^W# "{ •n2:2.08 1g{Pe`G, \x}\)m_7M< 光栅#2结果 fgdR:@]- w*ans}P7 (.ir"\k1( •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。 U-I,Q+[C[^ •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。 e|\xFV=4 •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。 3#>W\_FY*D !#c'|
*k qSc-V`* 文件信息 cs+3&T:,* 4 O!2nP C!VhVOy>d lvO6&sF1 . 5(YL8d QQ:2987619807 0X=F(,>9
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