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摘要 b)tvXiO1> Pq ZMuUd 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。 =X'i^Q zB kS1qMn Po#;SG#Ee 概述 ,b%T[s7 I9-vV>:z 5zWxI]4d\ •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 Z?kLAhy! •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。 :UGc6 •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{U``LV ( 6|S42
(,#Rj$W {+_pyL 衍射级次的效率和偏振 E"ijN s ;I1}g] EbZRU65J}O •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 Av:5v3% •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 fgVeB;k| •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 c
%w
h •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 (vMC.y5 •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 R}'kF63u*
"E =\Vz Bvj-LT=) 光栅结构参数 r<,W{Va 484lB}H o7'
cC?u •此处探讨的是矩形光栅结构。 [HGGXgN •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 P#m/b< •因此,选择以下光栅参数: }>Gnpc - 光栅周期:250 nm eY^;L_7}p - 填充系数:0.5 E$"( :%'v - 光栅高度:200 nm BQq,,i8H - 材料n1:熔融石英 *u^N_y - 材料n2:TiO2(来自目录) u;rK.3o Ao~ZK[u ]@)T] + Bk"
khH 偏振状态分析 5|&8MGW-$ )y&}c7xW ij i<+oul •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 (ds-p[`[m •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。 g"gh2#!D •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。 N%
/if %upnXRzw
0O+[z9 p_T>"v 产生的极化状态 >Q':+|K} Ej\EuX
1~/?W^ir 2gLa4B- 'wB6- 其他例子
d1$3~Xl] 7DaMuh~< PI@/jh •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 A??(}F L •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 h&d%#6mB foY=?mbL <8Y;9N|94! Gh;Ju[6 光栅结构参数 9i4!^DM_ Pl(+&k`} IH|PdVNtg •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 %HOMX{~}# •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 am;)@<8~Q •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 wT/TQEgz •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 z<2!|
8l,`~jvU!* (`h$+p^-y 光栅#1 gx+bKGB` OL+dx`Y
3Jt_=!qlo V?"X0>]0 g}HB|$P7 •仅考虑此光栅。 oL?(;
`"& •假设侧壁表现出线性斜率。 e45gjjts •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 bH+x `]{A •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 =*EIe z*.x jM`)Nd ($a ?zJr 假设光栅参数: c"qaULY •光栅周期:250 nm ~<b/%l>h1 •光栅高度:660 nm ]iu}5]?) •填充系数:0.75(底部) (bEX"U- •侧壁角度:±6° `CCuwe<v •n1:1.46 a#H2H`% •n2:2.08 yU*upQ |GPR3%9 光栅#1结果 QP/6N9/ ="E^9! ;{1J{-EA •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。 VrL==aTYXs •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。 BQYj"Wi •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。 huh-S ,M "E`;8SZa 9=,^^,q /*g9drwaa 光栅#2 xs<~[l [e1kfw
4R_Vi[i jDI )iW`P Z4YQ5O5 •同样,只考虑此光栅。 '[u=q
-Lv •假设光栅有一个矩形的形状。 sj;8[Xy's •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Q`$Q(/ 假设光栅参数: aoNTRJc$ •光栅周期:250 nm VAkZ@
u3'~ •光栅高度:490 nm 3$Ecq|4J: •填充因子:0.5 >r Nff!Ow •n1:1.46 vfID@g`!q+ •n2:2.08 z;Pr] *F /8!s
C D 光栅#2结果 ?Y6MC:l< oK3uGPi
bu`8QQ"C •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。 En@] xvE •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。 <^:e)W •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。 3Cq/
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