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摘要 TnAX;+u H.K`#W& 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。 YJsi5 IQv>{h} F
x8)jBB_ 概述 7?#32B
Gr n/D]r ;wB3H •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 I%xJ)fIK •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。 &|] ^ u/ •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。 mr.DP~O:9p 4/_|Qy
P://Zi6> _gh7_P^H=d 衍射级次的效率和偏振 PCjY,O @kymL8"2w j]SkBZgik •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 7C^ nk
z •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。 px@\b]/ •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)。 B[50{;X •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。 PD4E&k •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。 49GCj`As
cIjsUqKa ObzlZP
r@ 光栅结构参数 1fZ:^|\ H)tDfk sq\ K(S/D(\
FL •此处探讨的是矩形光栅结构。 K4~Ox •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。 Y?cw9uYB •因此,选择以下光栅参数: ?Q2pD!L{ - 光栅周期:250 nm q#Vf2U55m - 填充系数:0.5 !f6 - 光栅高度:200 nm lX3h'h - 材料n1:熔融石英 *6tN o-)^ - 材料n2:TiO2(来自目录) qC1@p?8$ ]9Hy
"#Fz :~Y$\Ww(~ ow"Xv 偏振状态分析 7/L7L5h< T:$_1I $ wP*Z/}Uum+ •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 3FN? CN] O •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。 VWa(@A •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。 d.A0(*k, -f=hL7NW
Lw`\J|%p |sz9l/,lG 产生的极化状态 |{T2|iJI A$cbH.
@AOiZOH HenJlo >.|gmo>b 其他例子 *bEsWeP :F&WlU$L "f_Z.6WMY •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。 t=AR>M!w~ •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 tUQ)q ZtVa*xl yhaYlYv[_3
s25012 光栅结构参数 1oPT8)[U +zsya4r e+wd>iiB •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 F*f)Dv$p •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。 .+>}}, •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。 _q 8m$4 •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 DZue.or
}kpkHq"`f uZ+< 光栅#1 bb{+ @_{"ho
(yfTkBy D6w0Y:A{. T (qu~} •仅考虑此光栅。 9!LAAE` •假设侧壁表现出线性斜率。 \IKr+wlN8 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 7F.,Xvw&@ •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 :"4~VDu Zu,f&smb [C$ 0HW 假设光栅参数: ,P}c92; •光栅周期:250 nm W4<}w-AoEp •光栅高度:660 nm +-hmITJv •填充系数:0.75(底部) P]n
'q •侧壁角度:±6° < -Nj •n1:1.46 Gsb]e •n2:2.08 Ot?rsr
!ZRV\31% 光栅#1结果 X_lNnk DxlX- ]9' \<uR •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。 SZ_hG D 0 •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。 < |