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摘要 E{P|)`,V ; )@~ 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。 M!D3 }JRm `7V]y- <}9lZEqY 概述 Ean5b>\ ],Do6
@M- 4O!ikmY:t •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 srrgvG, •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。 v;D~Pa •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。 @Z:l62l=bE T!)(Dv8@F
MeZf*'
J VQOezQs\ 衍射级次的效率和偏振 '3^'B03 Ry6@VQ"NLb $Ri; ^pZw[ •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 a~y'RyA •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 B>P{A7Q •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 &7tbI5na@ •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 DT&@^$? •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。 5vnrA'BhBU
N6i Q8P- gT6jYQ 光栅结构参数 {9.|2%a lA8`l>I UH"%N)[ •此处探讨的是矩形光栅结构。 CB}2j •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。 [FR`Z=% •因此,选择以下光栅参数: `*1p0~cu
- 光栅周期:250 nm j3E7zRm] \ - 填充系数:0.5 T</F
0su| - 光栅高度:200 nm Qj3EXb - 材料n1:熔融石英 :&."ttf= - 材料n2:TiO2(来自目录) 89(Q1R ?: Z=vU}S>r|v =]0&i]z[. /hyN;.hpOO 偏振状态分析 Zp=U
W*g^ ][Rh28?I{ z*%q@]ym •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 g{&ui.ml& •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。 gV_}-VvP •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。 oe-\ozJ0 amY!qg0P*
St*h>V6 ~oY^;/ j 产生的极化状态 "@2-Zdrr1< *u;Iw{.{
.U]-j\ 1=Z0w +v{ ;>7De8v@@ 其他例子 v mk2{f,g *VT/ /f;~X"! •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。 h2fNuu" •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 k\?Ii<m Qq|57X)P* k~nBiV JDT`C2-Q 光栅结构参数 BLD gt~h# 9p(.A$ 7J<5f) •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 JIq=* ' •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。 $yNS
pNmT0 •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 c\AfaK^KF •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 C]A.i2o8
A2Gevj?F$ [` 7ThHX 光栅#1 zy
}$i? ^k9I(f^c-_
@E|}Y eehb1L2(b 2[02,FG •仅考虑此光栅。 9'bwWBf7 •假设侧壁表现出线性斜率。 +52{-a,> •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 0n{=%Q •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 P/_['7 @~a%/GQ#n* 9x=Y^',5 假设光栅参数: TOQP'/ •光栅周期:250 nm TuaBm1S{f •光栅高度:660 nm NTs aW}g •填充系数:0.75(底部) $6poFo)U+ •侧壁角度:±6° nAdf=D'P •n1:1.46 |&i<bqLw: •n2:2.08 t"oeQ*d% .% 光栅#1结果 kE1TP]| U&q |