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摘要 a%>p"4WL $a(EF
6 光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 vS%r_gf( JFVal# YC\~PVG 概述 ye1kI~LO( CK1Xdyf_S Rt{qbM|b& •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 CMa ~BOt # •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 ,mH2S/<}S •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 tE/s|v#O }YHoWYR
}?xu/C zm rQ7(y 衍射级次的效率和偏振 ot P7;l _A%} >:q /C29^ P •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 GkjTE2I3 •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 <\c5 •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 qy6zHw •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。
QSf{V(fs •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 S/pTFlptCa
n'ft@7>%h 5S:#I5Wa 光栅结构参数 zRsG$)B ZK4/o Q}ho
Y •此处探讨的是矩形光栅结构。 %^}3:0G •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 dL5u-<y& •因此,选择以下光栅参数: E7^r3#s
- 光栅周期:250 nm iF2/:iP - 填充系数:0.5 DPIiGRw - 光栅高度:200 nm O$+J{@ - 材料n1:熔融石英 a2fV0d6*l - 材料n2:TiO2(来自目录) G@b|{! /m%Y.:g 'l2'%@E> dC;@ Fn 偏振状态分析 W@jBX{k z>+@pj
a%DnRkRr •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 x7 jE
Ns ) •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 j.X3SQb4G •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 !q!.OQ c*ac9Y'o
zuR!,-W 5F$ elW 产生的极化状态 "
cx\P,< CGvU{n,"
Ul7)CT2: mu0ER 3o UbT 7 其他例子 k2muHKBlk Hj"`z6@7 + |MHi C •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。
?"[b408- •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 HYf&0LT<11 r`}')2 7*]O]6rP z/aZD\[_ 光栅结构参数 5Og. :4 oVyOiWo\Z U7(84k\j •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 E\&~S+:Xp •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 }-9 •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 BXyg ? •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 J@w Q3#5a
s,O:l0 \&|)?'8rS 光栅#1 .~qu,q7k~ X*6bsYbK-
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hD;`cm >
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chW 1UE •仅考虑此光栅。 3
4CqLPg8 •假设侧壁表现出线性斜率。 sui3(wb •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 #Q}`kFB` •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 LO0<=4iN( p=_K P9 rAq2 假设光栅参数: ?bu-6pkx] •光栅周期:250 nm B B*]" gT •光栅高度:660 nm Uc]S7F# •填充系数:0.75(底部) dBkw.VOW •侧壁角度:±6° aaW(S K •n1:1.46 F[mL_JU
•n2:2.08 `''\FPhh ;:NW 光栅#1结果 c.y8 x +@>K]hdr "b5:6\ •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 }S|~^ •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 Cc7PhoPK •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 dUiv+K)ccQ zX{K\yp dq[X:3i ousvsP%' 光栅#2 ,;9byb ~ {OBRC
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R4! mb_*FJB-_ QyN<o{\FD! •同样,只考虑此光栅。 9M{z@H/ •假设光栅有一个矩形的形状。 [;yEG$)K •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 7jP
C{W 假设光栅参数: 2;N)>[3*J •光栅周期:250 nm uzjP!qO •光栅高度:490 nm D0NSzCHx •填充因子:0.5 -)_"7}|u5 •n1:1.46 KLi&TmIB •n2:2.08 k4Ed 7T- 5lehASBz 光栅#2结果 J_) .Hd *0M[lR0t q))rlMo •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 2)oT\m •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 QEo
i9@3 •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 M{:}.H<a uR#aO''
c!n\?lB 文件信息 8bT]Nv CA ^i>Tm9vM
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