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摘要 a)S(p1BGg 9>{t}Id 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。 SKJW%(|3 &9@gm--b: Oc^m_U8>^ 概述 "<*nZ~nE) wDZ L1F###c •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 xDLMPo& •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。 fPrb% •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。 e2Ww0IK!E k)i"tpw
S" {GlRpd I)rGOda{ 衍射级次的效率和偏振 9iK&f\#5H +:!ScG* "SLvUzO>q •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 WT?b Bf •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。 v}f&q! •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)。 &!6DC5 •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。 <g*.p@o •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。 /_HwifRQ
1GUqT 9) IJldN6&\q 光栅结构参数 fPOEVmj<
A<2I! /<6ywLD •此处探讨的是矩形光栅结构。 Y=3X9%v9g •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。 4uX,uEa •因此,选择以下光栅参数: *$JB`=Q - 光栅周期:250 nm 6GY32\Ac - 填充系数:0.5 YN4"O> - 光栅高度:200 nm Oq[i & - 材料n1:熔融石英 .r7D)xNa@ - 材料n2:TiO2(来自目录) <Kh?Ad>N {3.*7gnY\L \y[Bu^tk k{?!O\yY 偏振状态分析 (%6(5,
fE'-.nA+ aMBL1d7 •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 ,Y$F7& •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。 <V7SSm •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。 (W7;}g ysh &fCP2]hj'
txj wZ_p $*YC7f 产生的极化状态 J 5Wz4`' d&NCFx
:0WkxEY9 ay=KfY5 Y0 @'za^y 其他例子 u+I3IdU3 aUKh})B "}0)YRz% •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 ,DexJ1 •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 A
Z4|&iT F9Ifw><XM Oyi;bb<# nw~/~eM5= 光栅结构参数 QpdujtH` t)\D b ^uP^](J •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 B*-ToXQQr •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 >(IITt •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 gV<0Hj •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 [LJ705t
QN)/,=# wrz+2EP` 光栅#1 Bv2z4D4f+ kb/|;!
[54@i rH v(qV\:s}m 66I|0_ •仅考虑此光栅。 i0,%}{` •假设侧壁表现出线性斜率。 ,"P5D&,_ •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ML=hKwCA •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 #g@ T
[T 6 DCEvr" ( 假设光栅参数: T)b3N|ONB •光栅周期:250 nm "2)+)Db •光栅高度:660 nm o>xxmyW| •填充系数:0.75(底部) Iq4 Kgc •侧壁角度:±6° 0MwG}|RC •n1:1.46 ^/_\etV •n2:2.08 9F2w.(m #2_o[/&}x@ 光栅#1结果 p<Zs*
@ B'G*y2UnG
91-P)%? •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 3v9gb,)y\ •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 (t]lP/
•与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 uvu**s ](B&l{V o7_MMeQ4 ?RgU6/2 光栅#2 jw:4fb A2g"=x[1@K
AIvL#12 w?V[[$ s`8M%ZLu •同样,只考虑此光栅。 >>oASo •假设光栅有一个矩形的形状。 v$gMLu= •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Bq$e|t)' 假设光栅参数: HI"!n$p •光栅周期:250 nm AmT|%j&3 •光栅高度:490 nm 33#7U+~]@ •填充因子:0.5 Ft%TnEp •n1:1.46 uPv;y!Lsa@ •n2:2.08 3bg4# c W2r6jm! 光栅#2结果 GL;x:2XA ;
McIxvj @e.OU(Bf •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。 %=NM_5a}] •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。 egxJ3. •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`9orq< Vq\..!y
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