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摘要
6:@t=C h;ol" 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。 n:^"[Le Fx[A8G @+\S!o3m 概述 jl e%|8m&@ Gz[ymj)5 NzeI/f3K5 •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ,F`KQ
)\" •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。 \abAPo •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。 ueE?"Hk Y7:Y{7E7
^`jZKh8)h O{B
e )E~ 衍射级次的效率和偏振 }$0xt' q& @( n^S?( s*)41\V0 •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 >: W-C{% •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 C7jc 6(>m •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 pg?i F1 •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 te\h?H •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 D-o7yc"K
hM36QOdm jI{~s]Q 光栅结构参数 Tn@UX(^, {KU. ?9(o*lp •此处探讨的是矩形光栅结构。 da00p-U •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 aW=By)S!Y •因此,选择以下光栅参数: ;Y@!:p-H - 光栅周期:250 nm W8G9rB|T - 填充系数:0.5 4{*tn"y - 光栅高度:200 nm SvX=isu!. - 材料n1:熔融石英 oTF^<I-C - 材料n2:TiO2(来自目录) 0~Iu7mPY ]<8B-D?Z q?imE ~&U j Ne(w<',P 偏振状态分析 [:nx);\ " xDx/d8B B=Zl&1 •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 jJ*@5?A •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 ^nHB1"OCV •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 (2 T#/$ e}'#Xv
A$%Q4jC} "K|)<6J 产生的极化状态 #cj\~T.,, 9^ >M>f"
x7P([^i o~v_PD[S k]SAJ~bS| 其他例子 y:[BP4H ?y ex`
xkZ+ .
]o3A8 •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 zH)cU%I@. •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ~9JW#HHzn IPl@ DH 2qZa9^} lQV|U;~D 光栅结构参数 ;YK!EMM4!h K<@[_W+ AIZW@ Nq.5 •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 H+4=|mkQ •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 \8;Qv •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 }Vvsh3 •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ^ckj3Y#;
rQ9*J jW-;4e*H=V 光栅#1 T)WZ_bR S5i+vUI8C
s1X]RXX&j I2TD.wuIW rr |"r •仅考虑此光栅。 kWB, ;7 •假设侧壁表现出线性斜率。 <jbj/Q )" •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 cu[!D}tVU •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 NTqo`VWe W8f`J2^"M 2HcsQ*H]G 假设光栅参数: ^C!mCTL1N •光栅周期:250 nm \,>_c •光栅高度:660 nm c {1V. •填充系数:0.75(底部) 3c c1EQ9 •侧壁角度:±6° 8@E8!w&~ •n1:1.46 ; D1FAz •n2:2.08 f#@S*^%V$ h^}_YaT\ 光栅#1结果 }<vvxi mO#I nTO D9ANm"# •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。 9160L qY •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。 <5dH *K •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。 _ 1sP.0 t |5W8Q|>% i-`,/e~XT l;Q
>b]DZ 光栅#2 ~eDI$IO AlO,o[0
#C4|@7w% {={^6@ Q~phGD3!~ •同样,只考虑此光栅。 Q/p(#/y#b •假设光栅有一个矩形的形状。 yL.^ = •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 l$F_"o?&S@ 假设光栅参数: My. dD'C •光栅周期:250 nm DB#$~(o •光栅高度:490 nm +4Q[N;[+* •填充因子:0.5 *2`:VFEV •n1:1.46 Qh^R Ax •n2:2.08 zt?h^zf} s}wO7Df=+ 光栅#2结果 ! Q!&CG5l 7R: WX: [eyb7\#
•同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 6#E7!-u(- •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 ;d4y{ •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 `mrCu>7 D3y>iQd
TFO74^ 文件信息 %VWp&a8 x@Y|v@}BE
/u=aX Rs2-94$!5 y`rL=N# QQ:2987619807 mf}\s]_c
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