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摘要 ~?HK,`0h> "`4ky] 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。 4"(rZWv +qC[X~\ GJrmK 概述 *qk7e[IP T]-MrnO >V27#L2:J •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 /W BmR R •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。 M\{\WyeX •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。 %]DA4W +,LWyvc'
%N fpEo %'2.9dB 衍射级次的效率和偏振 sVw:d_ E Y_+#|]=$B "V26\ •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 H)7v$A,5% •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。 /]!2k9u\ •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)。 igk<]AwxS •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。 T>rmm7F •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。 /r"<:+
.7gh2K ~o"=4q`> 光栅结构参数 ~U"m"zpLP Ue
>]uZ| 'kcR:5B •此处探讨的是矩形光栅结构。 "YgpgW •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。 Q'Osw" •因此,选择以下光栅参数: 3,{eH6,O7M - 光栅周期:250 nm 0
h!Du|? - 填充系数:0.5 dVEs^ZtI - 光栅高度:200 nm $">j~! ' - 材料n1:熔融石英 A`f"<W-m - 材料n2:TiO2(来自目录) Fw\Z[nh cVL|kYVWT Zdqm|_R[ {eaR,d~X 偏振状态分析 f/#Id]B
\\KjiT' NOXP}M •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 DMG~56cTO, •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 '!7>*< •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 208^Yu U,EoCAm>
S1U0sP@o Nb&j?./ 产生的极化状态 ya8p
4N{_ aM;SE9/U
VbvP!<8 _90D4kGU Y|fD)zG_ 其他例子 K!&W} _@l lTMY|{9 fOHbgnL> •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 VRQ`-# •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 g&xj(SMj-$ Intuda7e1 ,X^3.ILz Ol RXgJ 光栅结构参数 d/Q#Z <}{<FXk[ =eU=\td^ •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 8Re[]bE •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。 SZ9Oz-? •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。 .h=n [`RB •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 N<rq}^qo
.T9$O]:o M=liG+d 光栅#1 1 Q(KZI Hp=BnN
M\m:H3[ IAH"vHM qKfUm:7Q_ •仅考虑此光栅。 ;m7G8)I •假设侧壁表现出线性斜率。 V
,p~,rC •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 zX_F+"]THt •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Hh^ "c} Ow/,pC >V f
X[xZGV, 假设光栅参数: B<SE|~\2 •光栅周期:250 nm e^O:I •光栅高度:660 nm ?0/$RpFEM# •填充系数:0.75(底部) +s}&'V^ •侧壁角度:±6° 940:NOgm •n1:1.46 uMw6b=/U •n2:2.08 }( F:U# p*Q-o 光栅#1结果 k5Cy/gR 5VTVx1P[8 e' l9 •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。 $VHIU1JjZ •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。 9?,i+\)qK@ •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。 )\Q(=: -H6[{WVW! ~x,_A>a }?,?2U,8: 光栅#2 P_A@`eU0 .b]sQ'
N=\zx^w,
b M1\z F9o7=5WAb •同样,只考虑此光栅。 U~][
ph •假设光栅有一个矩形的形状。 dB_0B. •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 * |,N/e 假设光栅参数: VG
5*17nf5 •光栅周期:250 nm rgVRF44X{ •光栅高度:490 nm x9Z89Gwi •填充因子:0.5 lk
1\|Q
I •n1:1.46 J~5V7B •n2:2.08 F
`o9GLxM} U)8yd,qG[% 光栅#2结果 Mm@G{J\\ Z|E9}Il] VH]}{i"` •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。 d MR?pbD •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。 R#hy2kA •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。 _dm0*T ? <9,h!
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文件信息 u"qVT9C$= 6HK1?
'{2]: xw9ZRu<z @[J6JT*E QQ:2987619807 Br9j)1;
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