[技术]Techwiz LCD:LCOS模拟 [复制链接]

摘要 8q^o.+9  
@;^Y7po6u  
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 )K]pnH|  
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任务说明 FN87^.^2S  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 FxW&8 9G  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 *3+-W  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： ZxHJ<2oD  
o
y\B;aAK  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 (-^bj  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： -n))*.V  
cy3Td28,  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 |+f-h,  
a)s;dp}T%  
光栅结构参数 p]gT&[iJ  
研究了一种矩形光栅结构。 >lzA]aM$c  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 `E`HVZ}  
根据上述参数选择以下光栅参数： }*wLEa  
光栅周期：250 nm l|"6yB |  
填充因子：0.5 7&%^>PU7  
光栅高度：200 nm ff2d@P,!  
材料n_1：熔融石英（来自目录） ;)hw%Z]Jj$  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Jfhk@27T  
3MBN:dbQ  
= [@)R!3H  
DSyXr~p8  
偏振态分析 cDkV;$  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 smy}3k  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 QWO]`q`|  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 LBlN2)\@  
p9[6^rjx8  
R= 5**  
#/-_1H  
模拟光栅的偏振态 p3x?[Ww  
4YROB912
 
?UZ?NY
  
/n5n )P@L  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： `N87h"  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 `C72sA{M.  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 1=VJ&D;  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Z|m`7xeCy  
|\9TvN^$`  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Im72Vt:p-  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 <=um1P3X  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 G=/k>@Di  
v! hY  
l?
qqqB  
l|`^*%W@u6  
光栅结构参数 9";sMB}W*  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Hh[Tw&J4  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 nD6G  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 ](0mjE04<d  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 sfD5!Z9#1  
F`+\>ae$h  
wxQ>ifi9Z  
光栅#1——参数 0~WF{_0|  
假设侧壁倾斜为线性。 I*|P@0  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 /pH(WHT+/H  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 b~Y%gC)FR  
光栅周期：250 nm $W8Cf[a  
光栅高度：660 nm cu9Qwm  
填充因子：0.75（底部）  #@.-B,]  
侧壁角度：±6° B;#J"6w  
n_1：1.46 9.OA, 6  
n_2：2.08 HTjkR*E  
kPxT" " k  
g}xQ6rd  
DT(d@upH  
光栅#1——结果 2a=sm1?  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 7:=k`yS,  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 S]/b\B.h+  
E9fxjI%1  
   j6:7AH|!)2  
hlJpElYf  
光栅#2——参数 wFS2P+e;X  
假设光栅为矩形。 Tenf:Hm/k  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 $9!D\N,}]C  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 w`HI]{hE~N  
光栅周期：250 nm ub:ly0;t  
光栅高度：490 nm /%rq hHs  
填充因子：0.5 #&.
]" d  
n_1：1.46 Ww3wsyx  
n_2：2.08 VRng=,  
i?@M  
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A&5:ATQ/|  
光栅#2——结果 P1>AOH2yG  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 ?}p:J{  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 _c(4o:  
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