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摘要 XDi[Iyj _jCjq 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。 &MsBcP[ gKGM|0u|r S\O6B1<: 概述 NP*M#3$[ ,ZLg= t'0dyQ%u •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 tkGJ!aUt •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。 \aG:l.IM0 •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。 >HXmpu.O L'Fy\K\
/N&)r wc <C9_5Ce~ 衍射级次的效率和偏振 W!BIz&SY:- &% \`Lwh
"cUCB •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 $lMEZt8A •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。 4W''j[Y/ •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)。 @gZ<!g/vza •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。 C,xM)V^a •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。 &LS&O
E5<}7Pt {~"6/L 光栅结构参数 WwF4`kxT (fjAsbT @ 0RB.- •此处探讨的是矩形光栅结构。 uII: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。 p ft6
@'q •因此,选择以下光栅参数: ~agzp`!M - 光栅周期:250 nm $(6 .K-D - 填充系数:0.5 @{Q[M3l - 光栅高度:200 nm }bVWV0Aeim - 材料n1:熔融石英 H0YxPk) - 材料n2:TiO2(来自目录) ;_lEu" - zW_V)UNe )k8=< =s 6"Km E} 偏振状态分析 0UmK S\P I9`R LSn w$cic •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 =;/4j'1}9 •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。 n#G
I& U •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。 @JWoF^U l0 H,TT~2
yuvt<kz oOhm`7iy 产生的极化状态 QJ`#&QRp bN$!G9I!,
aPq9^S* ,x?H]a) _$me. 其他例子 x7X"'1U 6}.B2f9 `CI9~h@k •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。 0}YR= •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 U
n#7@8, .F0V pCz;km |i"A!rW 光栅结构参数 z^Nnt WYQJ+z5 2sjP": •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 /LM*nN$% •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。 ~y}M
GUEC •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。 5r<%xanXW/ •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 xa`&/W >
O~g_rcG cWl)ZE<hM 光栅#1 z= -u89] p;:tzH\l
2B_6un];W x\XgQQ]- #D3e\( •仅考虑此光栅。 QeA)@x.p •假设侧壁表现出线性斜率。 @5H1Ni5/o@ •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 PNXZ 3:W •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 .
({aPtSt! |EaGKC(
(|Am 假设光栅参数: ics •光栅周期:250 nm $Trkow%F] •光栅高度:660 nm k0?4vA •填充系数:0.75(底部) FyYQ4ov0&o •侧壁角度:±6° 9U6y<X •n1:1.46 FpE83}@".w •n2:2.08 9u1)Kr=e ,JT|E~P?8 光栅#1结果 :Tw3Oo_~S Hjli)*ev 2GcQh]ohc •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。 x;LyR •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。 E=w $r •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。 ?V#%^ 57p m^h"VH,
"OFYVK\]i Y>EwU 光栅#2 (`4^|_gw aZ2liR\QE
Eszwg &qFdP'E;$ pq*b"Jku1 •同样,只考虑此光栅。 \P!v9LX( •假设光栅有一个矩形的形状。 9x&,`95O •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 jgYUS@} 假设光栅参数: *-Y77p7u •光栅周期:250 nm 2Y&z}4'j •光栅高度:490 nm ]1%H.pF •填充因子:0.5 n<\^&_a •n1:1.46 Y:G6Nd
VFM •n2:2.08 KwWqsuju z]Z>+| 光栅#2结果 q NU\XO`H $WnK 8;p6~&).C~ •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。 jN 5Hku[? •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。 kJ>l,AD/ •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。 *f.eyg#
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