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摘要 tBv3~Of. f3t.T=S 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。 7E(%9W6P Pgev) rh[ Mj'lASI 概述 $?$9y^\ oLP]N$'# G_+Ph^ •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 !.X_/$c •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 1J'pB;.]s •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 n^Vxi;F :l`i4kx
,R}Z=w# }P.K2ku 衍射级次的效率和偏振 4|F#gK5E pyF5S,c _>i|s|aW •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 &-4
?! •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 8Z!*[c>K-? •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 )UP8#|$#T •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。 df
?eL2v •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。 %A2`&:ip
^K.*.| z5 pc3: 光栅结构参数 a[ i>;0 B-dlm8gX
Aqu]9M~ •此处探讨的是矩形光栅结构。 ]v GgJ< •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。 gY%&IHQ' •因此,选择以下光栅参数: _NT[
~M_Q - 光栅周期:250 nm 48k7/w\ - 填充系数:0.5 ] 9@X?q - 光栅高度:200 nm %yvA - 材料n1:熔融石英 7t3X`db - 材料n2:TiO2(来自目录) z^3Q.4Qc6^ o$\tHzB9!A UM`nq;> ctK65h{Eo 偏振状态分析 *`1bc'umM; O8[k_0@ [
t$AavU. •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 /.2 qWQH •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。 "qgu$N4/> •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 =%L@WVbM /sV?JV[t
0#
l#,Y6#I EIPnm%{1 产生的极化状态 oR#my ^ O a1'oYIHg
\kyM}5G(<0 f,JX" NhCAv+ 其他例子 hMWo\qM =+4 _j wsI5F&R, •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 Fn> <q: •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 zu C5@jy.x L:i+}F;M)s iU XM(] EU9[F b] 光栅结构参数 *73AAA5LKa kJ__:rS(T_ *V -ds8AQ •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 `yx56 •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 j6}$+!E •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。 Pfk{ =y •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 'xk1o,;
", QPb3 d
"B5==0I 光栅#1 +NT:<(;|i5
VmYBa(
POY=zUQ'/ T1bFxim#b 5Fh8*8u6hL •仅考虑此光栅。 6$DG.p •假设侧壁表现出线性斜率。 aTX]+tBoe •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 G_0)oC@Jl: •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Uqr{,-]5v d _uFY: )6g&v'dq 假设光栅参数: ff[C' •光栅周期:250 nm YY\Rua/nG •光栅高度:660 nm 9[Y*k^.! •填充系数:0.75(底部) @EYK(QS- •侧壁角度:±6° (c< |