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摘要 ^dYFFKQ qECc[)B 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。 6jPaS!E ;T-i+_ IC92lPM } 概述 tojJQ6;J i ,4 }Jh!B| •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 jEit^5^5| •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。 q,QMvUK: •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。 _o' jy^ B/i,QBPF]
]rZ"5y D@>P%k$$s> 衍射级次的效率和偏振 [^1;8Tbk cV&(L]k>` |X~T</{8i •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 xqmJPbA
•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。 *ZKfyn$+~ •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 b0m1O.&I_ •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 q<,?:g$k •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。 =WJ*$j(
h9>~?1$lz YPf&y"E&H 光栅结构参数 s@^GjA[6+ W{=>c/ pOlQOdl •此处探讨的是矩形光栅结构。 3L=vsvO4 •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。 ~Jp\'P7* •因此,选择以下光栅参数: - FA#hUK$ - 光栅周期:250 nm YpL{c* M - 填充系数:0.5 N%_-5Q)so - 光栅高度:200 nm o+/x8:
- 材料n1:熔融石英 _S2QY7/ - 材料n2:TiO2(来自目录) Z;7f
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GOc! fVb&=%e x4.-7%VV% 偏振状态分析 A}H)ojG'v UKMrR9[x* <`H:Am` •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 JgYaA*1X •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。 aR*z5p2-w •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。 ]*[S#Jk @~QW~{y
,Z&"@g PO<4rT+B 产生的极化状态 #x':qBv# ~iEH?J%i1r
_2 }i8q: 5c3)p^]g 19bP0y 其他例子 [M
Z'i/ cXE42MM l4L&hY^ •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。 l_ >^LFOA •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 t}_qtO7> &"K74 l)a]V]oQ RfEmkb<9Z 光栅结构参数 42ttmN1F i/-Xpj]Zf 7=Ew[MOmM •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 `<b 3e(A •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。 M:Xswwq •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。 #f\U3p •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 yZUB8erb.
$-jj%x\} xo7H^!_ 光栅#1 9_KUUA C;G~_if4PR
fC&Egy R l^ENrv!] eaYQyMv@ •仅考虑此光栅。 [0Z
r z+q •假设侧壁表现出线性斜率。 .!l#z|/x •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 2Z\6xb|u •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 |9~{&<^X 2\CFt;fk F4YCU$V 假设光栅参数: NVcL9"ht*@ •光栅周期:250 nm 8QXxRD;0: •光栅高度:660 nm k
.KN9=o •填充系数:0.75(底部) F?T3fINR •侧壁角度:±6° b@/z^k{% •n1:1.46 ,*@m<{DX) •n2:2.08 bF|j%If% 2oGl"3/p 光栅#1结果 -KCm#! &owBmpz ?UcW@B{ •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。 tceQn
^|< •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。 PfF7*}P •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。 CsQ}eW8uEf qyP@[8eH vp[~%~1( IT'~.!o7/ 光栅#2 M})2y+ {h7*a=
neoT\HV ]9l=geZd%; Fwm{oypg% •同样,只考虑此光栅。 "m3u}!`3 •假设光栅有一个矩形的形状。 ,xn+T)2I •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 *h-_
假设光栅参数: =xS(Er`r •光栅周期:250 nm #hH "g •光栅高度:490 nm y9=/kFPRm •填充因子:0.5 ;B:'8$j$ •n1:1.46 BBnj}XP*4 •n2:2.08 ZgcA[P Yih^ZTf]O? 光栅#2结果 z%hB=V!~91 ]mn(lK Fm#4;'x5E •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。 pV=X •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。 vAy`8Q •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。 #?@k=e\ zEl@jK,{$
QDzFl1\P 文件信息 bO>Mvf =SRp
S"!nM]2L l=Jbuc B;SYO>.W QQ:2987619807 Ja4O*C<
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