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摘要 yf&_l^! q6pHL 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。 3Iqvc v !D F~]& k6"(\d9o 概述 h[u@UGK% qv(3qY Pl=)eq YY •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 7HVENj_b+M •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。 eyh}O •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。 iDcTO} @k{q[6c2n
CKHmJ]= oUn+tu: 衍射级次的效率和偏振 LpY{<:y -ysNo4#e& Ej)7[ •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 3\4e{3$ •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。 cz,CL/rno •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)。 p@O Ip •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。 ]d[e •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。 TgjjwcO Y
>yKz8SV# g4k3~,=D3 光栅结构参数 C9?mxa*z I'BHNZO5tf %\HE1d5; •此处探讨的是矩形光栅结构。
ilQ}{p6I •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。 qCI7)L` •因此,选择以下光栅参数: qpFxl - 光栅周期:250 nm C-S>'\|8 - 填充系数:0.5 lx4pTw1 - 光栅高度:200 nm 0?oL zw& - 材料n1:熔融石英 y;CX)!8 - 材料n2:TiO2(来自目录) _cJ)v/] "P?O1 59{X; ECi;o1hda 偏振状态分析
3#$X *Sdx:G~gp N$e
mS •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 '*L6@e#U •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。 w>cqsTq •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。 #8M?y*<I CR23$<FC
l0^cdl- vu@.;-2E% 产生的极化状态 f6K.F .-iW
T4Dn
7'esJ)2 ^%zhj3# L,.~VNy- 其他例子 _p4]\LA wdP(MkaV L(C`<iE&3 •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 Dfzj/spFV •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 +@^);b6 v[|W\y@H/3 ^wWbW&<Tg yIn$ApSGY 光栅结构参数 +'c+X^_ @kh<b<a4 fWq*Op.]c •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 sw}O g`U •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。 QPB,B>Z •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。 _rB,N#{2R= •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 5z0VMt
+={K -g7U YhV<.2^k 光栅#1 qJ`:$U \\\8{jq
MAkr9AKb, R`c[?U K [DpH& •仅考虑此光栅。 RVV` •假设侧壁表现出线性斜率。 KWY_eY_| •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 0)Ephsw •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 MBg[hu% :1UMA@HP ecs 0iW-, 假设光栅参数: )pHlWi|h •光栅周期:250 nm z5$Q"Y.D •光栅高度:660 nm kd^H}k •填充系数:0.75(底部) o:Kw<z,$H •侧壁角度:±6° U&WEe`XM •n1:1.46 '+_>PBOc •n2:2.08 x']'ODs `5@F'tKQ 光栅#1结果 5_'lu { V6pC d)vP9vXy •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。 b`-|7<s •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。 ia'z9 •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。 eo9/ V#dga5*] vO1; ; \i_E}Ii0 光栅#2 :/|"db&` 4c<
s"2F
QnVr)4" VdK%m`;2 3>1^$0iq •同样,只考虑此光栅。 W\kli';jyC •假设光栅有一个矩形的形状。 Y'|,vG •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 xW`y7Q }p 假设光栅参数: z/{X{+Z •光栅周期:250 nm e7U\gtZ. •光栅高度:490 nm v~Q'm1!O4\ •填充因子:0.5 uAPVR •n1:1.46 N;|^C{uz •n2:2.08 ~'_cBJ
'XD B}d&tH2^s 光栅#2结果 w2nReB z 06pvI} @zg}x0] •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 tON>wmN •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 ls@]%pz.1d •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 ^OY]Y+S`Ox 2cYBm^o|x
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:k/Xt$` Z[. M>| EG>?>K_D QQ:2987619807 92DM1~
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