[技术]Techwiz LCD:LCOS模拟 [复制链接]

摘要 W'2a1E  
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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。 ] i;xeo,  
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任务说明 Z,'#
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简要介绍衍射效率与偏振理论 &"bcI7uGT  
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。 XY(3!>/eQ[  
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： I?sA)!8  
I`%\ "bF@  
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。 !P*1^8b`f  
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： sP1wO4M?{  
MPt:bf#  
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。
v?Q|;<   
0Xmp)_vba  
光栅结构参数 ,X Zo0!  
研究了一种矩形光栅结构。 hr%O4&sa  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 79:Wo>C3-  
根据上述参数选择以下光栅参数：
x,
W)qv  
光栅周期：250 nm _C`cO  
填充因子：0.5 [da,SM  
光栅高度：200 nm $t' .  
材料n_1：熔融石英（来自目录） i?R+Ul`Q  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） P.bBu  
|%JJ S^)  
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p7b`Z>}  
偏振态分析 2#z6=M~A  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 t#s?:  
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。 q'kZ3G   
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。 K/;FP'.  
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模拟光栅的偏振态 w*.q t<rH)  
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O[O`4de9  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： l?CUd7P(a  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 %JBFG.+  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。
<b74L  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 FC.d]XA%/d  
5ru&In&  
Passilly等人更深入的光栅案例。 fm2,Mx6  
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。 H\A!oB,sw  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ..yuEA  
JZ6{W  
+5pK[%k  
y(&JE^GfX  
光栅结构参数 =|IB=  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 d%l_:M3  
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。 'LZF^m _<<  
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。 @-dM'R6C  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。  /1-  
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k8^!5n  
光栅#1——参数 jRN*W2]V  
假设侧壁倾斜为线性。 et";*EZJX  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 $ JI`&  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 "oZ]/(  
光栅周期：250 nm t59"[kQ  
光栅高度：660 nm 9tmYrhb$  
填充因子：0.75（底部） 82Fq}N <  
侧壁角度：±6° a p-\R  
n_1：1.46 Y%9S4be  
n_2：2.08 0'!v
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光栅#1——结果 =ECw'  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 X%"
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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。 Vm.&JVb  
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光栅#2——参数 ,2mnjq/*Z  
假设光栅为矩形。 ? lC. Pq  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 8cn)ox|J[  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Tj@}O:q7:  
光栅周期：250 nm REnd# V2x  
光栅高度：490 nm 87%t=X  
填充因子：0.5 jR7 , b5  
n_1：1.46 Izq]nR  
n_2：2.08 >E^?<}E~.  
}J .f 5WaG  
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光栅#2——结果 LLv~yS O  
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。 <mlQn?u  
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。 AfKJaDKf  
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