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摘要 @VP/kut W2XWb<QSEV 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。 VJ-t#q" !KXcg9e 4'D^>z!c 概述 8-+# !] W=
NX$=il w@2NXcmw •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 qDGx(d •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。 'exR;q\ •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。 8ZV!ld w$$pTk|&n
@}UOm-M Wp
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]YO 衍射级次的效率和偏振 ^'N!k{x 6$PQ$ *RJD^hu •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 >H euf"V •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。 lz0dt<8eP •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)。 n=rmf*,? •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。 ]p(es,[ •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。 /!&eP3^
xPF.c,6b4= }:?_/$}; 光栅结构参数 ?jO<<@*2S :[?7,/w /FTP8XHwL) •此处探讨的是矩形光栅结构。 ?aaYka] •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 g>ke;SH%KY •因此,选择以下光栅参数: 3 P\4K - 光栅周期:250 nm sFfargl - 填充系数:0.5 1iqgTi> - 光栅高度:200 nm `aMnTF5: - 材料n1:熔融石英 FzsW^u+ - 材料n2:TiO2(来自目录) G^P9_Sw]d3 B_c-@kl Jk<b#SZ[b o9D#d\G 偏振状态分析 7'.6/U w&^Dbme !M6Km(> •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 '}Jq(ah( •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 @!\lt$ •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。 &~)1mnv. Q`h@-6N
dr=KoAIxy UD'e%IVw 产生的极化状态 ]waCYrG<sY w\a9A#v,
P-N+ 8{.:$T `t#Ie* 其他例子 SI l<\ =Rf!i78c5 >\ ym{@+* •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。 }~Y#N •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 p~u11rH k@C]~1 9y"\]G77E 8!dA1]2; 光栅结构参数 NB/ wJ3 F CbRl/ 68HY \CE8S+Z% •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 FBK6{rLMc •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。 `Df)wNN1 •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。 n&uD=- •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 k*xgF[T
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U_c9T> = 4qEeN-6h 光栅#1 `BHPjp> gnSb)!i>z
ng[ZM); .B9rG~ :<Y, f(c •仅考虑此光栅。 =h2zIcj •假设侧壁表现出线性斜率。 Obu>xK( •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 '|i<?]U •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 $n?@zd@53 ]\<^rEU miZ&9m 假设光栅参数: $fA%_T_P'P •光栅周期:250 nm ca1A9fvo •光栅高度:660 nm }l>0m •填充系数:0.75(底部) =F5(k(Ds •侧壁角度:±6° (r?41?5K •n1:1.46 Fh4kd>1D •n2:2.08 t)O$W 'J&$L c 光栅#1结果 Gt^Fj&^ BV X6 gzthM8A •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 |A#pG^ •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 J
;=~QYn[ •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 E1'HdOh&z Eh)PZvH Vs)Pg\B? emo@&6* 光栅#2 ,=tPh4> ;{79d8/=
i[_WO2 P"LbWZ6Nj %EuJ~;x(Mg •同样,只考虑此光栅。 K"O+`2$ •假设光栅有一个矩形的形状。 \ s8j* •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 T\VKNEBo 假设光栅参数: b Z0mK$B •光栅周期:250 nm @-9I<)Z/2 •光栅高度:490 nm Qx-/t 9`!Z •填充因子:0.5 z
%Ty; •n1:1.46 |UN0jR •n2:2.08 82.::J'e Z6eM~$Y 光栅#2结果 ]3xb Q1 @7Oqp- FA}dKE=c
Q •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。 ALVHKL2 •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。 \a+.~_iL| •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。 3":vjDq$ .tv'`
50#iC@1 文件信息 KTr7z^ a:*8SovI
]W^F!p~eC .gL%0 YIjY? QQ:2987619807 $]v=2j
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