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摘要 wc}5m
Hs &-Gqdnc 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。 eo?;`7 .yqM7U_ CFMo)" 概述 pS'FI@.'{ pm
9"4 z y[)> yq y •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 PGhY>$q>b •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 CR"|^{G •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 /-_h1.! ;S^'V r") `Ph@yp }J:U=HJ 衍射级次的效率和偏振 --HZX c4^ks&)' %7IugHH9y •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 emqZztccZ •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 qG?Qc ( •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 7XTkX"zKj •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 Eg#K.5hJ •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 D%OQ e#! *rs5]U< i@)i$i4 光栅结构参数 aW)-?(6> @s ? N~goI#4 •此处探讨的是矩形光栅结构。 ao1(]64X" •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。 j,lT>/ •因此,选择以下光栅参数: .f%fHj - 光栅周期:250 nm
F4}]b(L - 填充系数:0.5 =jOv] / - 光栅高度:200 nm RKHyw08 - 材料n1:熔融石英 Z'`gJ&6n - 材料n2:TiO2(来自目录) Pq;U&, \E72L5nJW P;=n9hgHI `scR*]f1+ 偏振状态分析 4o
<Uy v7BA[j Qr _~IR6dKE •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 r3&G)g=u •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。 Vd,jlt.t •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。 %GjM(;Tk eL10Q(;P` U\4g#!qj 8uc1iB 产生的极化状态 wSzv|\
G [842&5Pd? ^ =bu(L 5nv#+ap1 " ?26I,:; 其他例子 -LK
B$ #^lL5= Cc+t}"^ •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。 (6?9B lH~ •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 s@&`f{ :q$.,EZ4#n =x%dNf$e{W _E &A{HkJ 光栅结构参数 lGPUIoUo rq8K_zp .b3Qfxc> •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 1n >X[!
8x •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。 Y_;#UU689 •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。 8p^bD}lN7 •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 \8)U!9,$nn 6]V4muz#c .*@;@06? 光栅#1 QwNly4 9oRy)_5Z(= [pC$+NX ^=BTz9QM &oP+$;Y •仅考虑此光栅。
"9ZID-~] •假设侧壁表现出线性斜率。 MW! srTQ_ •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 04LI]' •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 s1MErd h;C5hU4P Eza`Z`
^el 假设光栅参数: p#ol*m5wE •光栅周期:250 nm yQ_B)b •光栅高度:660 nm (|[2J3ZET •填充系数:0.75(底部) 9v;Vv0k_ •侧壁角度:±6° ,V,`Jf •n1:1.46 4^p5&5F •n2:2.08 iQ tNAj N+m)/x
=: 光栅#1结果 3C?f(J} R?GDJ3 :}Xll#.,m •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 In:9\7~jC
•相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 TC@s
•与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 >QjAoDVX? w,.+IV$Kk X^T:8npxt =!kk|_0%E 光栅#2 <L mIK sNj)ZWgd> @KWb+?_H{< p31NIf` LIS)(X<]? •同样,只考虑此光栅。 Hc!
mB •假设光栅有一个矩形的形状。 !9u|fnC9 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 E=jNi 假设光栅参数: ,p4&g)o •光栅周期:250 nm DwaBdN[!7 •光栅高度:490 nm N^#ZJoR •填充因子:0.5 TlXI|3Ip •n1:1.46 kY&k-K\ •n2:2.08 O,J>/
W}3.E "K 光栅#2结果 c2h{6;bfY %@wJ`F2a_ T?:Rdo!:u •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。 {J{+FFsr( •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。 cWEE% •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。 hLI`If/+K b1^vd@(lx VbJiZw(aR 文件信息 *}]Nf
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