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摘要 |2E:]wT}qg 1B#iJZ} 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。 s
!IvUc7' }<qZXb1 h,\5C/ 概述 MQe|\SMd (A )f
r4 Nwj M=GG •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 G#Kw6 •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。 cOf.z)kf6 •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。 wg+[T;0 S qZdA%
2:RFPK H|S hi / 衍射级次的效率和偏振 ;qO3m-(d X?YT>+g; j0^1BVcj •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 J%]5C}v \ •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。 #_Zkke~{ •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)。 ]SAGh|+xl •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。 rB-R(2
CCN •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。 Q\W)}
U2r[.Ru ~g9~D}48k' 光栅结构参数 P2&0bNY mPF<2:)wv e,xJ%f •此处探讨的是矩形光栅结构。 t7yvd7 •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。 z6Fl$FFP •因此,选择以下光栅参数: iGSF5S - 光栅周期:250 nm !UR3`Xk - 填充系数:0.5 qpQiMiB#g' - 光栅高度:200 nm Ng1bjq}E2 - 材料n1:熔融石英 KRX\<@ - 材料n2:TiO2(来自目录) Y[|9
+T Jz4;7/ B}P!WRNmln 7|"l/s9, 偏振状态分析 _R^ZXtypd P1z:L ^I9U<iNIL •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 37biRXqLH •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 XTA:Y7"O •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 p(-EtxP f*:N*cC
L{GlDoFk !u:Fn)j 产生的极化状态 OLWn0 |'lNR)5
^hsr/| 2kOaKH[(q OJ7Uh_;/ 其他例子 >sdF:(JV& U\W$^r, G0kF[8Am •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。 Q,:h`%V •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ?&!!(dWFH me F. -tx%#(?wH
'SXLnoeTa 光栅结构参数 ~.6% %1? 2"k|IHs1 ,S
m?2< •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 dNCd-ep •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。 oCLM'\ •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。 _j4K •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 tk)}4b^\%j
eA3NyL bMsThoePT 光栅#1 A/&u/?*C 'R2*3<
G^z>2P Dw 5Ze uhv_'Q •仅考虑此光栅。 VD $PoP •假设侧壁表现出线性斜率。 OlptO60{ ] •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 mwn$ey&QE •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 e|>@ >F]K +;)Xu}
"rc QS
H 假设光栅参数: ;mr*$Iu 7| •光栅周期:250 nm |Om9(xT •光栅高度:660 nm !s !el;G •填充系数:0.75(底部) knzo 6 •侧壁角度:±6° E(z|LS*3 •n1:1.46 4/_!F'j •n2:2.08 .
Y$xNLoP[ {d0
rUHP 光栅#1结果 i5_l//] n<@C'\j@
f+.sm •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。 7Bd=K=3u •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) HB: •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。
|eFaOL| ~Y;Z5e= loHMQKy@ bYX.4(R 光栅#2 }[PC
YnS ]l3Y=Cl
C1qlB8(Wh> _ /Eg_dQ~@ 32y 9r z •同样,只考虑此光栅。 '#oH1$W] •假设光栅有一个矩形的形状。 #;+SAoN
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 -G'3&L4
D 假设光栅参数: t!u>l •光栅周期:250 nm cxFyN;7 •光栅高度:490 nm ccx0aC3@I •填充因子:0.5 S\GxLW@x •n1:1.46 ;#8xRLW •n2:2.08 -a"b:Q :~ 	 光栅#2结果 ??LE0i R((KAl]dL 7osHKO<?2 •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。 :QHh;TIG=< •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。 T-x9IoE •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@;,l :s C*11?B[
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