[技术]Techwiz LCD:LCOS模拟 [复制链接]

摘要 op-#Ig$#  
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光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 u .2sB6}  
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任务说明 1 ~7_!  
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/(V=Um^0  
简要介绍衍射效率与偏振理论 4PWr;&  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 Pp/{
keEye  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： Y2X1!Em>B  
S0+zq<  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 QC4T=E]`j  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： n{t',r50  
1,j9(m2  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 +I<Sq_-  
]K7 64}  
光栅结构参数 |&Pl4P  
研究了一种矩形光栅结构。 A,{D9-%  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 vy@Lu cB  
根据上述参数选择以下光栅参数： X6.O;  
光栅周期：250 nm ElXe=5L\#  
填充因子：0.5 AuTplO0_rE  
光栅高度：200 nm MI(i%$R-A  
材料n_1：熔融石英（来自目录） #'x?)AS  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 42CMRGv  
GX)QIe~;qJ  
2]9<%-=S  
1J"9r7\  
偏振态分析 5S]P#8  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 HzV+g/8>A  
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。 n:'BN([]o  
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。 ['emP1g~  
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模拟光栅的偏振态 LH#LBjOZk  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： &t/<yq}{  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 |u"R(7N*  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。  sGls^J)  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 eH  
pMp9O/u%  
Passilly等人更深入的光栅案例。 [7 `Dgnmq  
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。 :5M}Iz7  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ^3|$wB=  
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ff1B)e  
}8M`2HMFR  
光栅结构参数 R%_H\-wo  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 hS{ *l9v7  
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。 ""'eT
pe  
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。 sLa)~To
 
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 2Lekckgv  
tc<M]4-  
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光栅#1——参数 `$Flgp0P  
假设侧壁倾斜为线性。 &IEBZB\/+&  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ?VZXJO{^  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 7]xz8t  
光栅周期：250 nm kqig
Fcz!Y  
光栅高度：660 nm 3ZL7N$N}7  
填充因子：0.75（底部） &9dr+o-(~  
侧壁角度：±6° P9i9<pR  
n_1：1.46 uU(G_E ?  
n_2：2.08 `V):V4!j),  
N"1x]1'  
J=SB/8tQ)T  
VgsCwJ9w  
光栅#1——结果 n+\Cw`'<H  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 #X@<U <R  
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。 a^\- }4yR  
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wJos'aTmE  
光栅#2——参数 0?Tk*X  
假设光栅为矩形。 KT;C RO>  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 a
RO_,n
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矩形光栅足以表示这种光栅结构。 )-?uX.E{  
光栅周期：250 nm %Di7u- x  
光栅高度：490 nm ?Y6la.bc{  
填充因子：0.5 4R*<WdT(  
n_1：1.46 xK),:+G(  
n_2：2.08 2mG&@
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C*y6~AYN#  
光栅#2——结果 #!=>muZt  
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。
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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。 ^,Y~M_=  
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