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摘要 s]xn&rd_ `<%
w4E 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。 yQC8 Gt8 w}x&wWM _~!c%_ 概述 :}o{<U =z}M(<G <In+V •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 FXid=&T@0D •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。 ,4(m.P10 •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。 ''.\DC~K &3P"l.j
?6:e%YT IY|>'}UU# 衍射级次的效率和偏振 VJtRL') ")W5`9 ,6wGd aMR •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 2*zMLI0. •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。 ul\FZT 4 •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)。 yuF\YOA9 •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。 U@)WTH6d •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。 8`q"] BQN
M+L0 X$}NZ @DyMq3Gt?& 光栅结构参数 E|=]k gq+#=!(2 YKa9]Q •此处探讨的是矩形光栅结构。 + )7h)uq •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 qn `
\g •因此,选择以下光栅参数: qvRs1yr?q - 光栅周期:250 nm 4n2*2
yTg - 填充系数:0.5 lq)[ - 光栅高度:200 nm OC`Mzf%. - 材料n1:熔融石英 KocNJ
TB - 材料n2:TiO2(来自目录) w#;y GUsJF;;V zHvW@A'F 7*47mJyc 偏振状态分析 6,skF^ ,v(ikPzd
YU1z\pK •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 #M:Vwn
JX •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 }M9I]\ •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 sH Hu<[psM Gk<6+.c~
g|)yM^Vqr6 R%;dt<Dh 产生的极化状态 ]#J-itO mB*;>
CSMx]jbb \2)~dV:6+ _Ns_$_ 其他例子 AJt4I
W@ ks<+gL{K|i l`*R !\ •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。 f >\~h,SLL •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 1zY"Uxp 79ZYRm2; _(:bGI'.m J|dj`Z? 光栅结构参数 -2y>X`1Y Yfx'7gj Ert`
]s~ •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 s C?-L •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。 f_tC:T4a •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。 /QVhT •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 I>spJ5ls
-&r A<j RMBPm*H 光栅#1 'E#Bz"T zT jk^
UN`O*(k[ >/DlxYG? hSSFmEpr •仅考虑此光栅。 wRj&k(?* •假设侧壁表现出线性斜率。 Lz}mz-N •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 7cZ(g dQ/ •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 &e1(| qax l\~F0Z/O Wj31mV 假设光栅参数: J, vEZT<Mt •光栅周期:250 nm ^es/xt •光栅高度:660 nm )zq sn •填充系数:0.75(底部) BW&)Zz •侧壁角度:±6° "TePO7^m •n1:1.46 ,{{Z) "qaH •n2:2.08 p ^Dm w0y dO\irv) 光栅#1结果 @ykM98K ]"4\]_?r @ (LEuYq} •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。 ^Euqy,8} •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。
+`Ypc •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。 L:RMZp*bK p*"H&xA@ c~iAjq+c nn6&`$(Q~ 光栅#2 63y&M |