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摘要 n:5*Tg9 ^jMo?Zwy 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。 > [|SF%
B\a#Vtyut )gq( 概述 C},$(2>0+ ;q&\>u: Q|W!m0XO •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 kg_f;uk+ •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 #O.-/&Z •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 lt&30nf= H9Pe,eHs
"UY.;
P WsCzC_'j. 衍射级次的效率和偏振 Y;eJo V-(LHv WxS=Aip' •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 y'k4>,`9e •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 \..(!>,%F •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 |KFWW •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 =c8U:\0 •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 ab 1\nzpd
#:68}f"$ NB&u^8b 光栅结构参数 qpl "j- <>JDA(F" j1>77C3 •此处探讨的是矩形光栅结构。 LE Y Y{G? •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。 [21tT/ •因此,选择以下光栅参数: t@/r1u|iq - 光栅周期:250 nm Hf
%;FaJ= - 填充系数:0.5 ^U_B>0`ch - 光栅高度:200 nm \Rp)n=| - 材料n1:熔融石英 7@Di nA! - 材料n2:TiO2(来自目录) l{Hi5x'H %p2 C5z? wrn[q{dX -lMC{~h\(S 偏振状态分析 nL+*Ja Sjr(e}* fV}\ •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 o D*
' •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。 3 XfXMVm •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。 _ksp;kH?) 8d)F#
u>S&?X'a RFK
N,oB 产生的极化状态 Vn/6D[}Tu TTE#7\K~B
*=/XlSWF cR5<.$aY m'qMcCE 其他例子 W: ?-d{ Uero!+_ NOS5bm&- •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 7GP?;P •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 _~cmR< ]owH [wvX [U jbox D!mhR?t 光栅结构参数 ,Xh4(Gn#b *Cb(4h- J5o"JRJ" •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 u\E.H5u27 •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 ]52_p[hZ}< •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 'QV4=h` •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 1_p'0lFe
8p211MQ< Yj"UD:p 光栅#1 bR6bS7$ cQ8:;-M
S77Gc:[;8 r"Bf@va foFn`?LF •仅考虑此光栅。 zm}1~A •假设侧壁表现出线性斜率。 7RLh#D| •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 )} #r"! •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Ww p^dx`! OiOL4}5( u<8Q[_E& 假设光栅参数: B%pvk.` •光栅周期:250 nm btYPp0o~ •光栅高度:660 nm Iu[EUi!" •填充系数:0.75(底部) @bx2= •侧壁角度:±6° g3Q #B7A •n1:1.46 |l|]Tw •n2:2.08 mOB\ `&h5 H5AY6), 光栅#1结果 P2p^jm
^\?9W hmH$_YP} •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 o7+/v70D •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 n`,Q: •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 %)D7Dr JK(&E{80 H1[aNwLr k +Oq$Pi 光栅#2 "!tB";n @_Zx'mTI
?5Fj]Bk] oc(bcU Z@ kC28 •同样,只考虑此光栅。 qM0MSwvC= •假设光栅有一个矩形的形状。 [q&J"dt •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 wM)w[ 假设光栅参数: :RsPGj6 •光栅周期:250 nm -G;1U •光栅高度:490 nm .6NSt •填充因子:0.5
x]oQl^F •n1:1.46 lF(!(>YZ •n2:2.08 q4i8Sp> yU"G|Ex 光栅#2结果 0JNOFX I_G>W3 LG#w/).^ •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。 P(epG?Qg •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。 Db=>7@h3C •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。 Iv72;ZCh?6 >iH).:j
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