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摘要 >*n4j: Dqd2e&a\ 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。 t"e %'dFv z92Xc 9JJ6$cLF 概述 ;z+}|>! B+pLW/4l L;+e)I] •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 HsT6 #K •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 wub7w# •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 }h8U.k?v G9K& }_,
Ea0EG>Y 'GO*6$/ 衍射级次的效率和偏振 |W&K@g$ =2vZqGO30 !d[]Qt%mA •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 ]g,j •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。 BIg2`95F| •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)。 &?}h)U#: •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。 &lxMVynL •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。 =eh!eZ9
t$R0UprK C/ ]Bx 光栅结构参数 `/WOP`'zM %z"$?Iv l^$U~OB8k •此处探讨的是矩形光栅结构。 Vgy12dE •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 "39mhX2 •因此,选择以下光栅参数: <YCR^?hJSi - 光栅周期:250 nm %0f*OC - 填充系数:0.5 sp0_f;bC - 光栅高度:200 nm x$S~>H<a - 材料n1:熔融石英 VwXR,( - 材料n2:TiO2(来自目录) tM;+U X3ZKN; a<((\c_8G hWX4 P 偏振状态分析 s;tI?kR>% f
uH3C~u7< 0zA:?} •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 .wtYostv •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。 D{4]c)> •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。 Xxm7s S /[q_f
1O90 ]c0 nyG 5sWMpe 产生的极化状态 ~6OdwGWV grJ(z)c
Jp~[Dm K-@cn*6 5ai$W`6 其他例子 UXHtmi|_: \Fu(IuD }5QUIK~NA •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 h>/L4j*Z •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 df$pT?o yJ8_<A NRe=O*O (%{!TJg ZR 光栅结构参数 zR}vR9Ls 1(Lq9hs` B)qcu'>iy •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 F=;nWQ& •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。 s>ZlW:jY •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。 LlbE]_Z!U% •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ban;HGGNG{
9]a!1 + Ui%}^ZZ 光栅#1 |<LW(,|A F\+!\b*lP
[}"m4+ s&-dLkis{u ezr'"1Ba} •仅考虑此光栅。 ~*RBMHs •假设侧壁表现出线性斜率。 L!:;H, •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 =UZm4=T •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 h.aXW]]}(P JE[J}-2 1K{hj% 假设光栅参数: B..> *Xb •光栅周期:250 nm HJOoCf •光栅高度:660 nm `FIS2sl/ •填充系数:0.75(底部) X%Ta?(9|.^ •侧壁角度:±6° lBOxB/` •n1:1.46 p~Mw^SN' •n2:2.08 :&$WWv v'u}%FC 光栅#1结果 z6bIv} *uvE`4V^Jg 4Pr@<S"U •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。 4XArpKA •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。 #:}mi;{ •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。 xU$15|ny =-n7/ B3V+/o6 3Cl&1K #5 光栅#2 ^h"F\vIpV 2B=+p83<
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_3 &W-1W99auE z#{%[X2 •同样,只考虑此光栅。 yI_MYL[ •假设光栅有一个矩形的形状。 >Ms_bfSK •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 e^Glgaf 假设光栅参数: 5:X^Q.f; •光栅周期:250 nm qM:*!Aq0g •光栅高度:490 nm oD~q/04! •填充因子:0.5 #F6!x3Z •n1:1.46 mA0|W#NB •n2:2.08 CeW}zkcT 3\&I7o3V 光栅#2结果 L$
ZZ]?7j )dZ1$MC[ eAbp5}B •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 }R2afTn[; •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 ,kw:g&A •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 fIm=^}?fwK d m$iiRY
299uZz}Y 文件信息 7DCu#Y[ UWg+7RL
u^]Z{K_B `Fs- z o&U/e\zy QQ:2987619807 SbN.z
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