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摘要 >t Ll|O+ ^geC?m 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。 _(.,<R5 NP_b~e6O= &hri4p/ 概述 =SqI#v ;\[el<Y)s ;4]
s P^+ •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 y%4G[Dz •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。 `PVr;& •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。 nm.~~h+8M 3duWk sERC
%@9pn1, n0*a. 衍射级次的效率和偏振 yw3E$~ k
~DJ>)pp @4%a •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 map#4\ •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。 E"{2R>mU~ •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)。 :6}y gL*i •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。 asQXl#4r •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。 9=wt9` ?
%:~LU]KX (ev(~Wc 光栅结构参数 Z F&aV? pf'-(W+ +>,4d •此处探讨的是矩形光栅结构。 |&hu3-( •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。 .tny"a& •因此,选择以下光栅参数: )n&@`>vm - 光栅周期:250 nm @C34^\aH+ - 填充系数:0.5 lm
1Mz - 光栅高度:200 nm 7Ne`F(c - 材料n1:熔融石英 MsL*\)*s - 材料n2:TiO2(来自目录) 9Nkr=/I"P 3TS(il9A j>KJgSs]&\ ?k7z5ow 偏振状态分析 D:yj#&I ;jEDGKLq 6AW{qU6 •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 Cb5Rr+K= •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。 |9X$@R •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 nM?mdb V&75n.L
ygA~d9" Qq. ht 产生的极化状态 uIO<6p) K Qz.g3,
F/ODV=J- :s}6 a23 e[(XR_EY 其他例子 FYs-vW { PDEeb.(. S3G9/ •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 yG`J3++
S •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 2qF
?% TI9]v( 88GS Bg:YH /2n-q_ 光栅结构参数 ?C[W~m P #9a\Ab H:d@@/ •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 8?>
# •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 v%=@_`Ht •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 IgsK7wn •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 K9*vWoP'
_=wu>h&7 Lcx)wof 光栅#1 w4m)lQM l=*60Ag\J~
);]9M~$ nI_43rG:Uf QQnpy.`:/ •仅考虑此光栅。 ~q.a<B`,t •假设侧壁表现出线性斜率。 IsC`r7 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 d=q&%gqN •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 m=hlim;P, @&AUbxoj N'8u}WO 假设光栅参数: 7Ntt#C;]U •光栅周期:250 nm
WB7pdSZ •光栅高度:660 nm %]2hxTV •填充系数:0.75(底部) C [Ap&S •侧壁角度:±6° us,!U •n1:1.46 "x+o(jOy •n2:2.08 Zt;dPYq> r}-si^fo; 光栅#1结果 X#|B*t34 8,0WHivg Cw*:` •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。 hLqRF4>L •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。 Tke3X\| •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。 G<2OL#Y- %z0;77[1 I g[NmVY-o y&-1SP< 光栅#2 W7F1o[ >{seaihK
[eWZ^Eh"I )2t DX=D EDl*UG83G •同样,只考虑此光栅。 e2~$=f- •假设光栅有一个矩形的形状。 R;G"LT •蚀刻不足的部分基板被忽略了。
_i/x4,=xv 假设光栅参数: \4/zvlo]h •光栅周期:250 nm u%o]r9xl' •光栅高度:490 nm DFk0"+Ky •填充因子:0.5 lBpy0lo# •n1:1.46 TbUouoc •n2:2.08 Q1b<=, QGR}`n2D 光栅#2结果 u . xUM !a.|URa7 :aIS>6 •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。 hR g?H •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。 V!{}%;f •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。 ccdP}|9e Z7="on4
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