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摘要 ,pa=OF 0-8'.C1v 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。 sF1j4 NC ^'$P[ %^bN^Sq
- 概述 >{#QS"J# }Pj;9ivz "^5 %g% •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 6<9gVh<=w •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。 C^ Oy.s •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。 R9InUX"k 5Pd^Sew
lNB<_SO |%fM*F^7/ 衍射级次的效率和偏振 DTCOhUIV <[tU.nh -qJO6OM •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 {Zf 9}
!qF •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。 9l}G{u9a •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)。 %Q|Hvjk=E •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。 [u7i)fn5? •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。 {GS$7n
myDcr|j-a zE]h]$oi 光栅结构参数 >:f&@vwm
|:5[` HI{IC!6 •此处探讨的是矩形光栅结构。 @fI2ZWN| •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。 {S5j; •因此,选择以下光栅参数: qp2&Z8S\D - 光栅周期:250 nm Pa
*/&WeB - 填充系数:0.5 :PQvt/-'(D - 光栅高度:200 nm _rvO#h - 材料n1:熔融石英 2Z*^)ZQB - 材料n2:TiO2(来自目录) @tPptB <6!/B[!O= ^"EK:|Y4%K #~6au6LMC 偏振状态分析 SJ8|~,vL X&cm)o%5Fe l&uBEYx •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 2q%vd=T •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。 br4 %(w(d •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。 &\AW}xp ,=`iQl3(y/
wak'L5GQE P6u%-# 产生的极化状态 zAO|{m<A2 aYcc2N%C
[PL]!\NJ .X{U\{c| a (zIIC"~5 其他例子 )jed@? z-?WU z9HUI5ns •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。 x4;ndck%U •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 UGK,+FN E{}Vi>@V?
D:Fi/JY~ 8d8GYTl b) 光栅结构参数 R![4|FR )G@/E^ySM L<_zQ •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 0M|Jvw'n| •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。 v}BXH4 &Y •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。 FmC
[u •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 TtP2>eh-
W4n(6esO }g_\?z3gt 光栅#1 do=s=&T %2<u>=6byG
|!"qz$8fB 5yQ\s[;o3 }+i~JK •仅考虑此光栅。 9\KMU@Ne •假设侧壁表现出线性斜率。 ~oE@y6Q •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Pm!/#PtX •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 oO][X ;'4HR+E" =SLCG. 假设光栅参数: "D?:8!\! •光栅周期:250 nm K#4Toc#=V •光栅高度:660 nm d2(3 , •填充系数:0.75(底部) 6tv-PgZ •侧壁角度:±6° Wd]MwDcO •n1:1.46 fE,Io3 •n2:2.08 <K
GYwLk zb& 3{, 光栅#1结果 I#9q^,,F !7jVKI80 a474[? •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 4$_:a?9 •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~k'b2(p3 •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-TDg0 zHk7!|%Y w ^8i!jCy d{*e0 光栅#2 {`=k$1 g<PglRr"
10W6wIqK <Xl/U^B $c }-/U 8 •同样,只考虑此光栅。 ~NG+DyGa= •假设光栅有一个矩形的形状。 y87oW_"h •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 = ow=3Ku 假设光栅参数: HMqR%A •光栅周期:250 nm +~f=L- > •光栅高度:490 nm <P.'r,"[ •填充因子:0.5 qA5 Ug •n1:1.46 Zgt(zh_l •n2:2.08 %3@-.= 66-G)+4 光栅#2结果 jzd)jJ0M _kT{W] "? ON0u9 •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 z#^;'nnw •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 \h5!u1{L •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 =Hx]K8N ) t[o_!fmxZ
($'5xPb 文件信息 .JX9(#Uk FA!!S`{\
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