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摘要 ui8$ F
"I* u^C\aujg 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。 j*8Ze!^ G AH< (Ajhf}zJ 概述 <2j$P Y9 ZD50-w; ?}^ y6 •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 >*/
|tL •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 Sy.%>$ z •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。 d+P<ce2G `&a8Wv
M97+YMY) $igMk'%Nmb 衍射级次的效率和偏振 im>/$!&OyI Wsd_RT }ww oVuIHb0w •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 +Rd\*b •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。 LVP6vs •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)。 *>iJ=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。 GXx'"SK9 •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。 =S^ vIo)
5-a^Frmg#" (q7;/n 光栅结构参数 ]Gm&Kn> iw(`7(* N+R{&v7=F% •此处探讨的是矩形光栅结构。 /jaO\t'q •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。 zxv y& •因此,选择以下光栅参数: !`U #Pjp. - 光栅周期:250 nm BR6HD7G - 填充系数:0.5 V!e`P - 光栅高度:200 nm ctb
, w - 材料n1:熔融石英 UT_t]m - 材料n2:TiO2(来自目录) UWCm:eRQ GYT0zMMf Nde1`W]: ' z^v}~ 偏振状态分析 "H=fWz5z |c]L]PU tr
8Q{ •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 >Y3zO 2Cr •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。 W70BRXe04D •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。 $H,9GIivD aIfB^M*c5
48GaZ@v cJ,`71xop, 产生的极化状态 2zjY|g/ + L5
kvN6K6 v<} $d.&* Q!fk|D+j 其他例子 )/v`k>E d D^?%,a ,(yaWd6 •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 uvD*]zX •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 n*=Tm
KQ 'xOH~RlE ,+_gx.H2j U%2{PbL
光栅结构参数 kdm@1x 0pe*DbYP5 kb*b|pWlO •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 >F!X'#Iv •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 aOW~! f/M •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 7
(i\? •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ,S3uY6,
<,'^dR7, 0vz!) 光栅#1 5sMyH[5zY TP/bPZY
H!g9~a e]d\S]5 u z>V •仅考虑此光栅。 6FI`0j=~ •假设侧壁表现出线性斜率。 ]n|lHZR •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 zU>bT20x/ •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 m3b?f B B\7 80p< BG@[m 假设光栅参数: =hKu85 •光栅周期:250 nm fPsUIlI/A •光栅高度:660 nm U| 1&=8l •填充系数:0.75(底部) cNRe > •侧壁角度:±6° q}7(w$& •n1:1.46 6~(iLtd# •n2:2.08 jowR!rqf [IuF0$w=dj 光栅#1结果 |Q~5TL>b 8J#TP7; T;JA.=I •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。 ZGWZ2>k •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。 wo!;Bxo
N •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。 d[Rs so\8.(7n g`zC 0~D2 *}`D2_uP 光栅#2 QW"BGg~6c J|I&{
$P~Tt 4068 umj5M5oe3 h7W<$\P •同样,只考虑此光栅。 #_OrS/H •假设光栅有一个矩形的形状。 +aIy':P •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 mMV-IL 假设光栅参数: 8Ow0A •光栅周期:250 nm I!-5
#bxD •光栅高度:490 nm }>u<, •填充因子:0.5 z}m)u •n1:1.46 #~88[i-6 •n2:2.08 T$;N8x[ zd3%9r j$ 光栅#2结果 (!`]S>_w9 Kf7v_T/ E; Z1HF
R •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。 27KfT]= •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。 Tn8GLn •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。 /SZg34% 0FD+iID
' fm}&0 文件信息 J~vK`+Zs kUG3_ *1
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