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摘要 \SJX;7ST *m'&<pg]X 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。 P|;v > h54\
\Ci M@pF[J/ 概述 |uM=pm;H m&MZn2u[4i 6>'>BamX •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 *oh,Va •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。 & TN.6Hm3 •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。 SEM-t !<h-2YF<M
4~d:@Gmk& I3ugBLxVC3 衍射级次的效率和偏振 A`I1G9s S}
&1_I vcP_gJz •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 &}_tALg •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。 kWCxc0 •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)。 Jg.^h1>x •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。 mF>{cVTF •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。 l5enlYH
LZJFp@ OskQ[
e0 光栅结构参数 5VGZ5,+<< ciCQe]fS vU#>3[aC •此处探讨的是矩形光栅结构。 }fhGofN$e •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。 K8v@) •因此,选择以下光栅参数: 0/~{, - 光栅周期:250 nm L*{E-m/ - 填充系数:0.5 :?)q"hE - 光栅高度:200 nm HoZsDs.XZ - 材料n1:熔融石英 0.U-
tg0 - 材料n2:TiO2(来自目录) $A98h-*x 8(!?y[ &i*e&{L7 @|d`n\%x 偏振状态分析 kr44@!s+' {C%f~j e,*@+E\4 •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 Jg6@)<n •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。 ]1q`N7 •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。 Ed#Hilk' NU3s^ 8\(
0.^67' }#Kl6x 产生的极化状态 i~{ 0>"9 |O*?[|`H
G~f|Sx VH~ZDZ1P ?+byRoY>&g 其他例子 v;s^j A-u}&}l< jZ,=tF •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。 W: 3fLXk+ •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 M1K[6V! ZP<OyX? $KsB'BZy e#ne 5 光栅结构参数 R`%O=S*] Tqx ]ia{N •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 uAV-wc •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 Ro#O{ •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 9#\oGzDN •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 "iuNYM5P
9lqD~H. OB+QVYk" 光栅#1 L#MMNc+ 1HeE$
Z07SK 'U \*30E<;C_
3Zm;:v4y •仅考虑此光栅。 Qt=OiKZ •假设侧壁表现出线性斜率。 ^:ehG9 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 %p^`,b} •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 -8sB\E c,5yH F7`[r9 $ 假设光栅参数: lkb,UL;V •光栅周期:250 nm 8q|T`ac+N •光栅高度:660 nm s 5F?m •填充系数:0.75(底部) #mRT>]di`D •侧壁角度:±6° 7"Q;Yi2( •n1:1.46 ,veI'WHMB •n2:2.08 eMU t%zvb E<tJ8&IGk 光栅#1结果
R7Z! DhiIKd9W hJ~=eYK?J •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。 =gO4B-[ •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。 Q&&oP:4~X* •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。 dz)(~@tgz !InC8+be 8LGNV&Edg CD)JCv 光栅#2 Uq(fk9`6 }i9VV+L#1
17!<8vIV$C \C"hL(4- w!52DBOe+ •同样,只考虑此光栅。 ~lr,}K, •假设光栅有一个矩形的形状。 *NoixV1> •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 )_1;mc8B 假设光栅参数: +?GsIp@>jh •光栅周期:250 nm Jmun^Q/h •光栅高度:490 nm _{?-=<V'_ •填充因子:0.5 &>vfm9 •n1:1.46 (A~w IKY, •n2:2.08 1oL3y;>iL fD2)/5j1 光栅#2结果 q4Y7 HE|ym G`,M?lmL 0!q@b •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 t+A9nvj) •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 M)sAMfuUw •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 |6b&khAM %G'P!xQhy
M[7$F&&n 文件信息 *+j r? | (vwKC
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