[技术]Techwiz LCD:LCOS模拟 [复制链接]

摘要 HTLS$o;Q  
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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。 l(Ya,/4  
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任务说明 )[ QT?;  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 j[,XJ,5=  
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。 [K
g3:]2A  
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： eZ]>;5  
z}Lf]w?  
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。 m*wDJEKo  
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： bt*  
:9DyABK=Cv  
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。 3*T/ 7\  
N\"Hf=Y(~  
光栅结构参数 4/V;g%0uN;  
研究了一种矩形光栅结构。 d\R "?Sg  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 -_xTs(;|8  
根据上述参数选择以下光栅参数： JXV#V7  
光栅周期：250 nm Z;z,dw  
填充因子：0.5 |!81M|H  
光栅高度：200 nm Y <`
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材料n_1：熔融石英（来自目录） x~i\*Ox^  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ]UkqPtG;  
n/Dg)n?
 
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偏振态分析 bXvriQ.UH  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ay =B<|!  
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。 ]Exbuc  
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。 iSX HMp4V  
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模拟光栅的偏振态 H
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： DJ0jtv6nQ-  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ^;K"Y'f$  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 V["'
eJA,,  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 '9'f\  
\?wKs  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Adet5m.|[8  
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。  #]QS   
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 *Kpw@4G  
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光栅结构参数 ~$ Po3]{s  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 D-D8La?0p  
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。 0}YadNb7  
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。 3s?ZyQy  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 P^ht$)Y  
L8Q/!+K  
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光栅#1——参数 \[|X^8j  
假设侧壁倾斜为线性。 $WE=u9m  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 +vH#xc\'  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ,gW$m
~\  
光栅周期：250 nm me F.  
光栅高度：660 nm -tx%#(?wH  
填充因子：0.75（底部） 'SXLnoeTa  
侧壁角度：±6° ]<ay_w;  
n_1：1.46 dKP| TRd  
n_2：2.08 Zl>wWJ3y  
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光栅#1——结果 aK(e%Ed t"  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 >l=jJTJ;q  
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。 P8H2v_)X&  
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光栅#2——参数 ~[kI![  
假设光栅为矩形。 J*zQ8\f=}  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 $C,`^n'  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 t'yh&44_  
光栅周期：250 nm vR pO0qG  
光栅高度：490 nm Z%b1B<u$  
填充因子：0.5 ONZ(0H{ 1$  
n_1：1.46 xT( pB-R  
n_2：2.08 f =A#:d  
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光栅#2——结果 6-\' *5r  
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。 hD7vjg&Z  
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。 &h
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