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摘要 */\.-L{h
jPs+i 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。 /Mk)H
d : 1{j&$ ;+jp,( 7 概述 nY8UJy}<oL p']AXJ`Z =;`YtOL •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ((5zwD •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。 [D,:=p` •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。 roA1=G\Q |H A7 C
q1gf9`0 N<{`n; 衍射级次的效率和偏振 U\
L"\N 7 *Q>:|F[vM &-*nr/xT •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 "4`%NA •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。 O7\s1
V; •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)。 S?{5DxilO •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。 6Te}"t> •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。 Y;w]u_
[v`4OQF/ cDx^}N! 光栅结构参数 :9#`|#uh |W <:rT @(
t:E`8 •此处探讨的是矩形光栅结构。 G4}q*&:k •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。 }*'ha=`J •因此,选择以下光栅参数: | rvr Sab) - 光栅周期:250 nm jQb D2x6( - 填充系数:0.5 [1*/lt|+p - 光栅高度:200 nm 6:,^CI|@t - 材料n1:熔融石英 6ZR0_v;TD - 材料n2:TiO2(来自目录) 9yh@_~rZ V\ "5<>+O NM@An2
FNuu ',: 偏振状态分析 wb[(_@eZ mc'p-orAf _Pkh`}W: •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 dO[4}FZ$ •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。 RV`j>1 •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。 62jA C6w{"[Wv=X
vR$5ItnT t {"iIz_S 产生的极化状态 e{;e $at|1+bQ
F29AjW86 \zU5G#LQ 6W=:`14 其他例子 X t =bc At(9)6n8 Y2-bU 7mo •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 8~E)gV+v •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 r%pFq1/'! l;A_Aii( BA-nxR ef&@aB 光栅结构参数 j\f$r,4 N| Pm|w*? =-LX)|x} •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 <y!r~? •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。 A#S:_d •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。 /zf>>O` •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 i[{]
LiP
n-3j$x1Ne Uob |Q=MQ 光栅#1 `HG19_Z =jc8=h[F<
Lc<xgN+cJ ACO4u<M) 2j7d$y*' •仅考虑此光栅。 b',bi.FH •假设侧壁表现出线性斜率。 vQmackY •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 @z)tC@ •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Tki/d\!+ wp.e3l @O}j:b 假设光栅参数: 4V|z)=)A •光栅周期:250 nm 9jGuelwN •光栅高度:660 nm otf%kG w •填充系数:0.75(底部) 5`'=Ko,N •侧壁角度:±6° NcBe|qxQ •n1:1.46 ?vn 0%e868 •n2:2.08 =8p+-8M[d ' P`p.5nH 光栅#1结果 6'Yn|A <hZ}34?]i2 c4>sE[] •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。 =+}}Sv2 •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。 qzt2j\v •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。 _~ZQ b b2X'AHK S (SsH uNt. ?h )3S7 光栅#2 R``VQ x56
F
xSDE6] _8b]o~[Z+ >9<8G]vcH •同样,只考虑此光栅。 PR@4' r|a •假设光栅有一个矩形的形状。 x)VIA] •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 bI]UO) 假设光栅参数: Mj
B<\g> •光栅周期:250 nm \W`} L •光栅高度:490 nm iCnUnR{ •填充因子:0.5 YNC0Z'c9 •n1:1.46 '!^E92 •n2:2.08 40Qzo%eL lii]4k+z 光栅#2结果 Md>f VyoE5o `@$"L/AJ
•同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 85|95P.< •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 K\KO5A •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 MeI2i NB+$ym
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