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摘要 zJ9v%.e aG%kmS&fv 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。 ;UYc b"``D ? ?d$"[lKX 概述 8j%'9vPi JqEW=5 8L%M<JRg~ •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 `)32&\ •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。 $>*Yhz ` •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。 nnNv0?>d( s5l3V2k
Sk:2+inU dpwD8Q<
U 衍射级次的效率和偏振 XS?gn.o\ |; $Bb866/ fXO_g •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 mEFw|M{ •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 V<8K@/n@ •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 xCWz\-; •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 y4@gGC= •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 8eluO ?p
_%y4q%# q$[n`w- 光栅结构参数 ;+ azeW^ 5 L/x-i GIT#<+" •此处探讨的是矩形光栅结构。 @o>EBZ7MS •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。 )%mg(O8uL •因此,选择以下光栅参数: vE%s,E, - 光栅周期:250 nm *5k+t - 填充系数:0.5 ^~$\ g] - 光栅高度:200 nm lCJ6Ur; - 材料n1:熔融石英 yto[8;)_ - 材料n2:TiO2(来自目录) IA4N@ijRxh ,zhJY ?sk %{!R
l@ C!+I>J{4f 偏振状态分析 1@>$ Gcc }4&/VvN tIc 7:th •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 {u"8[@@./ •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。
UMU2^$\iS •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 X|}2_B N\NyXh$
_c`K+o"3 }rq9I"/L 产生的极化状态 :z&7W< ;f1qLI
zF`3gl. wM~H(=s`D dtZE67KS 其他例子 : g6n,p_# ),(V6@Z? }!p`1]gem •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。 w_hHfZ9E •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 :nA.j"@ OhVs#^ oDn|2Sdqd v+G=E2Lhv 光栅结构参数 ) ;FS7R
@n-r-Q ^v&D;<&R •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 W$0^(FH[ •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 'n;OB4 •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 :|+Qe e •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 S >yLqPp
=LkR!R= aNxAZMg 光栅#1 58 bCUh#uw ^uBxgWIC
iK5_u2]Q H/+B%2Zj -
e"jw#B •仅考虑此光栅。 nKoiG*PI •假设侧壁表现出线性斜率。 Hc^W%t~ •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 X]%itA •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 0@I S m3bCZ9iE bi[IqU!9 假设光栅参数: .8(OT./ •光栅周期:250 nm Fqy\CMC •光栅高度:660 nm ,:LA.o}h •填充系数:0.75(底部) }%7NF* •侧壁角度:±6° /D!;u] •n1:1.46 */:uV
B,b2 •n2:2.08 ]:>,A@7 EU7|,>a 光栅#1结果 .*g0w`H5pU _{<seA PHOP%hI$ •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。 7x);x/#8Z •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。 )R`x R,H •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。 GZI`jS"lU #7ohQrP a=cvCf k:jSbbQ 光栅#2 S*o[ZA
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%\]*OZ7 ~t9tnLc$ J'$>Gk] •同样,只考虑此光栅。 A,sr[Pa@ •假设光栅有一个矩形的形状。 ry9T U •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 /xtq_*I1S 假设光栅参数: [8tL"G6s •光栅周期:250 nm WSuww •光栅高度:490 nm y;_% W •填充因子:0.5 i&{DOI%w •n1:1.46 MxT-1&XL •n2:2.08 p
w8 s8? ]a5 f2lE 光栅#2结果 C74a(Bk}H o2<#s)GpY (=7Cs •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#rB} •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。 'yMF~r3J •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。 &=VDASEu sI{ M
nBk)WX&[K 文件信息 0u\GO; feQ **wI
JvY}-}?c ,^uEYT}j Djg,Lvhm QQ:2987619807 293M\5:
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