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摘要 _4o2AS : j nX5*pTfjL3 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。 h\'GL(?DBI 10}oaL S qS&PMQ"$ 概述 .`Z{ptt> tt[P{mMQ -_uL;9r •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 B_hob •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。 Qu!\Cx@ •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。 |rdG+> *Vfas|3hZI
au"HIyi?k P)1@HDN== 衍射级次的效率和偏振 kjaz{&P dwrc"GK!o \2_>$:UoV •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 "x\3`Qk •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 =e$
#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)。 Q)#<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。 *Q!b%DIa$ •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。 6$ IXER
~(aq3ngo.
cD0 光栅结构参数 wrqdQ}@( yel>-=Vn sB0+21'R •此处探讨的是矩形光栅结构。 C^nL{ZP, •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。 *Z{$0K •因此,选择以下光栅参数: WcH^bAY 6 - 光栅周期:250 nm ujz
%0Mq; - 填充系数:0.5 6sP;O,UX - 光栅高度:200 nm NnHwk)' - 材料n1:熔融石英 R%#c~NOO - 材料n2:TiO2(来自目录) 0p2 0Rt '0t j2 X'kw5P!sq =7e8N&-nv 偏振状态分析 !-N!80 |o!<@/iH= "b1_vA]03 •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 EHzZ9zH\ •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。 `b\4h/~ •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。 IC}zgvcW {q}:w{x9u
Ku&(+e {_q2kk 产生的极化状态 uXhp+q\ `4k;`a
2~ 'Q#( $35Oyd3s< +ixDB0"\ 其他例子 !?l 23(d 1c}'o*K_% -g@pJ^>: •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 z?
{#/ •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 Ev^Xs6 }" dt5gQ9(B Ys<wWfW [")0{LSA= 光栅结构参数 yBl<E$= y.O? c&! \]9;c6( •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 92SB'T> •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。 VqbiZOZ@ •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。 wZC'BLD •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 s]I],>}RU
PN'8"8`{ }2\"(_ 光栅#1 #-@{ rgH -"cN9RF
[=9R5.)c $<aBawLZO CD[7h •仅考虑此光栅。 ^#=L?e •假设侧壁表现出线性斜率。 7q\c\qL •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 p0tv@8C> •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 $(NfHIX {$EXI]f 4/h2_
假设光栅参数: ;T_9;RU<'b •光栅周期:250 nm !e7vc[N •光栅高度:660 nm .Yf
h* •填充系数:0.75(底部) %/^d]# •侧壁角度:±6° -0]aOT-- •n1:1.46 RhJ<<T.2 •n2:2.08 }Sh-4:-D 2Z97Tq 光栅#1结果 tS9m8(Hr%Q $`oA$E3 srSTQ\l4 •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。 1]<!Xuk^f •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。 B.WJ6.DkS •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。 "/"qg
oF>GWstTR q-RGplx %*gO<U4L] 光栅#2 #<~f~{x XMdc n,
|u+&xX7 yjr@v!o a(7ryl~c= •同样,只考虑此光栅。 NV gLq@F •假设光栅有一个矩形的形状。 <- ?B# •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Z\L@5.*ydE 假设光栅参数: Z-<u?f8{* •光栅周期:250 nm ##5/%#eZ •光栅高度:490 nm $W?XxgkB? •填充因子:0.5 Ocb2XEF •n1:1.46 BNy"YK$ •n2:2.08 ,YY#ed&l H94.E|Q\+ 光栅#2结果 d"78:+ HDEG/k/~m 9,W-KM •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。 K$.zO4 •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 md`ToU •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 /OP*ARoC21 e?YbG.(E9
X2`>@GR/> 文件信息 f+920/>!Z -b$OHFL
caP |FFC8R%@]u d.AjH9 jg QQ:2987619807 (*ng$zZ$
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