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摘要 HyYQQ <!nWiwv 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。 jN[6JY1 3jdB8a]T_ nR'EuI~(} 概述 GSb)|mj &,kB7r" xla^A}{ •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 !?M_%fNE •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。 \gQ+@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。 iOXP\:mPo Zdg{{|mm
vl(v1[pU Mz.&d: 衍射级次的效率和偏振 $I]x &cF \ozy_s[ <ORz`^27o •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 67:<X(u+! •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 %((3'le •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 Br^b%12ZRS •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 *TI6Z$b|6 •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。 $i]
M6<Vxn
M<m64{m1 d7zE8)D U7 光栅结构参数 tf79Gb> C$;s+ALy[ ?vNS!rY2& •此处探讨的是矩形光栅结构。 3n)iTSU3 •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。 |MrH@v7S •因此,选择以下光栅参数: @Iatlz*W - 光栅周期:250 nm H)fo4N4ii - 填充系数:0.5 P(+ar#,G - 光栅高度:200 nm |OT%,QT| - 材料n1:熔融石英 "?.Wb L - 材料n2:TiO2(来自目录) 6oBt<r?CJ #,{v Js~ Ri0+nJ6 gbZ X'D
偏振状态分析 G7JZP T LKY
Q? !K)|e4$ •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 S60`'!y •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<{3*R_ •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。 bxHk0w l7um9@[4
En_8H[<% eajL[W^> 产生的极化状态 #(4hX6?5AI Gukq}ZQ d
e%>E| 9*u b#^D8_9h t\0JNi$2 其他例子 >R-$JrU.= e]fC!>w(\ 5Ozj&Zq •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。 ^i7a2<
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。 Q{kuB+s C@W0fz Y" |U$ KJSy7F 光栅结构参数 7w({ GZ kS!*kk*a M#|xj <p •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 h UDEjW@S •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。 ArMe[t0$ •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。 O-Y E6u •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 4TV9t"Dk+c
Hc !_o`[{l $5O&[/L 光栅#1 Jt][b 9r}}m0
$]86w8?-N s5@^g8(+C #+=afJ •仅考虑此光栅。 =!aV?kNS8 •假设侧壁表现出线性斜率。 wEyh;ID3# •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 .kV/0!q? •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 KDk^)zv%! iLei-\w6y I.x>mN-0 假设光栅参数: K;O\Pd •光栅周期:250 nm YTsn;3d]} •光栅高度:660 nm &[xJfL •填充系数:0.75(底部) ~C3-E %h@Z •侧壁角度:±6° elQ44)TrQ •n1:1.46 *2Kte'+q •n2:2.08 b9Nw98` c$TBHK;c 光栅#1结果 -#h
\8Xl kS>j!U(%d A,@"(3 •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。 &3MHe$ •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。 j\<S 6%p#R •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。 z841g `:C R8_qZ;t:z qm_\#r .7q#{`K^= 光栅#2 W%x#ps5% p*G_$"KpP
9i@*\Ada ~ i,my31 :.^{! •同样,只考虑此光栅。 a+d|9y/k •假设光栅有一个矩形的形状。 Fwtwf{9I •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ,wjL3c 假设光栅参数: mvnK)R_ •光栅周期:250 nm b`'
;`*AN+ •光栅高度:490 nm wP'`!O[W •填充因子:0.5 YN^8s •n1:1.46 p O.8>C% •n2:2.08 f/xBR"' j56Y,Tm 光栅#2结果 #frhO;6 x<" e ;Ti?(n#M> •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。 9;jfg|x1[ •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。 Nz8iU@!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。 dbR4%;< H!N,PI?rn
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