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2024-12-26 07:56 |
Techwiz LCD:LCOS模拟
摘要 ~{Rt4o _W 4Olv8nOe< 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。 PFgjWp"Y !nBm}E7d
lv_% udI:]:,P 任务说明 T-2p`b}hW Y_>-p(IH
%aE7id>v6 T^;Jz!e 简要介绍衍射效率与偏振理论 =k<4mlok^ 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。 r9a!,^}F 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: O8~U<'=*
c0Ro3j\p 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。 \ +-hn 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: B "F`OS[
Z6([/n 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 。 @TPgA(5NR 7a]Zws 光栅结构参数 1S]gD&V 研究了一种矩形光栅结构。 ;@YF}%!+W 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 )bXx9,VL 根据上述参数选择以下光栅参数: t,1! `/\ 光栅周期:250 nm C\^<v& 填充因子:0.5 1L=Qg4 H 光栅高度:200 nm 6O@ ^`T 材料n_1:熔融石英(来自目录) b|8>eY 材料n_2:二氧化钛(来自目录)
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'Kzr-)JS Q @OC = 偏振态分析 B6'%J 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 } .H Fm'p 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。 BOiz ~h6 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。 LXu"rfp :n>ccZeMv
rE{Xo:Cf 0B$7S,2 模拟光栅的偏振态
6:@t=C 90h1e7ZcC
fov=Yd! qzlMn)e 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Fx[A8G 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 @+\S!o3m 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 jl e%|8m&@ 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 ^'u;e(AaE
,+f0cv4 Passilly等人更深入的光栅案例。 hr!f:D 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。 mQ^@ \s 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ?y*+^E0 ss0'GfP
[N95.aD 4j/ iG\ 光栅结构参数 ,JQxs7@2k 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 I~]Q55 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。 *e-ptgO 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。 3gI[]4lRH 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 rTsbP40
{r].SrW9s9 }@:QYTBi } 光栅#1——参数 }rY?=I 假设侧壁倾斜为线性。 -wfRR>)d 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 @`kiEg'Q 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 inPdV9 光栅周期:250 nm ~[uV 光栅高度:660 nm 4g 6ksdFQ 填充因子:0.75(底部) ;la#Vf:] 侧壁角度:±6° NO+
55n n_1:1.46 ^0`<k n_2:2.08 s=nVoc{Yt m,@1LwBH
g* \P6 r{q}f) 光栅#1——结果 U7]<U-.& 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 1(%>`=R8 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。 vhYMWfbY |YE,) kiF
V{T{0b"\U $/, BJ/9 光栅#2——参数 4{*tn"y 假设光栅为矩形。 WG8iTVwx 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 F%PwIB~cy 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 cZDxsd] 光栅周期:250 nm a)_rka1( 光栅高度:490 nm @@%i(>4Z 填充因子:0.5 w*<Y$hnBzF n_1:1.46 e' U"`)S n_2:2.08 tIGVB+g{F @q> ktE_
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4\o 光栅#2——结果 e~+(7_2 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。 d)04;[= 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。 KMK&[E#r zd*3R+>U'>
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