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摘要 uX6yhaOp| ;KlYiu 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。 X@\W*
nq W#p7M[ hF,|()E[ 概述 i3,IEN 2jFuF71 ?q:|vt •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 IW0S*mO$ •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。 yWi-ic
[n •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。 43PLURay GXtK3YAr
"o&8\KSs <(xqw<) 衍射级次的效率和偏振 B{nwQC b <e2l@@#oy _p-e)J$7 •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 +i&<`ov •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 1[!v{F%] •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 l6/VJ~(}' •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 q>$MqKWM •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。 %F;BL8d
bv[#|^/ .^Sglo 光栅结构参数 SYCL\b y [8;mCh wFJf"@/vJ •此处探讨的是矩形光栅结构。 ]`/>hH>+~9 •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。 !T{+s
T •因此,选择以下光栅参数: q[&Kr+)j - 光栅周期:250 nm qjB:6Jq4q - 填充系数:0.5 q+?<cjVg - 光栅高度:200 nm ytZ o0pad - 材料n1:熔融石英 ^_WR) F'K - 材料n2:TiO2(来自目录) 4q}+8F`0F 2J7|y\N, 6"Uu;Q t'n@yX_ 偏振状态分析 v(1 [n]y K*/oWYM] FK _ ZE> •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 x4MmBVqp •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。 }[AaI # •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。 XF!L.' zH |oY{TQ<<d
,md_eGF ,
>LJpv 产生的极化状态 4p:d#,?r PkvW6,lS
7v5]%%E/ my (@~' K10G+'H^ 其他例子 7Ak<e tHD (RddR{mX cQ8[XNa •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。 (95|DCL •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 YX$(Sc3.6 vpQ&vJfR 0<,{poMM &<A,\M 光栅结构参数 L;Ff(0x| 6{h\CU}" /<rvaR •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 6G8No-#y •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。 orGMzC 2 •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。 r,6~%T0 •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 D2$9$xeR
3~>-A= RkYdK$|K 光栅#1 6/UOzV,[ IMf|/a9-
CTIS}_CWd= R"B{IWQi A@A8xn% •仅考虑此光栅。 zp}7p~#k^ •假设侧壁表现出线性斜率。 ^'`b\$km-0 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Z)@vJZ*7( •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 6}"%>9 uo"<}>iJ ]
K$YtM^ 假设光栅参数: m#_BF# •光栅周期:250 nm \|PiQy*_? •光栅高度:660 nm z?byNd8 •填充系数:0.75(底部) :?M_U;;z2+ •侧壁角度:±6° ]A5F}wV4 •n1:1.46 B/agW •n2:2.08 OSBR2Z;= fn}E1w 光栅#1结果 |AYii-g ;K<VT\ <.h7xZ •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。 #C9f?fnM •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。 > Pw5!i\ •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。 .p[uIRd` &g:( I vk7IqlEQ T?8BAxC?K 光栅#2 X=QX9Ux?^ `OW'AS |
Y@FYo>0O '2lV(>" *zdD4I= •同样,只考虑此光栅。 OyO<A3 •假设光栅有一个矩形的形状。 X!KX4H •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 i}m'#b 假设光栅参数: .j4y0dh33 •光栅周期:250 nm @)pC3Vi^ •光栅高度:490 nm \K$\-]N+ •填充因子:0.5 :8yebOs •n1:1.46 ZF7n]LgSc& •n2:2.08 7KgaXi3r E@ea?Sx 光栅#2结果 Gu$/rb? -d,D! 72l:[5ccR •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。 fI1CT)0<e •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。 Ii0\Skb •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。 j@xIa-{* f ,e]jw@
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q 文件信息 )Jt. Z^J< j/t%7,
3@~a)E}T $%EX~$=m]- )Xdq+$w. QQ:2987619807 %R GZu\p
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