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摘要 [S8*b^t4 jVZ<i}h0B 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。 qVI0?B
x aC%Q.+-t
!d U$1:7 概述 +S[3HX7H 1e7I2g IF-y/] •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 #
5U1F[ •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 #HW<@E •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 tK/.9qP U]w"T{;@.)
8ZqLGa] t1"#L_<e 衍射级次的效率和偏振 Zd%wX<hU" /nu z_y\J 6y1\ar(A •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 %vm_v.Q4) •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 ZO%iyc% •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 U djYRfk •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 u"m(a:jQ •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 |$e'yx6j
q mv0 LU p!=O>b_f 光栅结构参数 >iRkhA=Vg EU>`$M&w- >KvK'Mus/ •此处探讨的是矩形光栅结构。 Ej
5_d •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 -zn_d]NV •因此,选择以下光栅参数: %+Y wzL{ - 光栅周期:250 nm y1T(R# - 填充系数:0.5 @SpP"/)JY - 光栅高度:200 nm K1BBCe - 材料n1:熔融石英 J|DZi2o - 材料n2:TiO2(来自目录) %>_6&A{K,d qk3|fW/- g}W|q"l?i "om7 :d 偏振状态分析 yz=X{p1 t|i<}2 .UNV &R0 •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 o|xZ?#^h •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 |3yG •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 wT6zeEV~* 8.8t$
*o4a<.hd2 FVBAB> 产生的极化状态 R3l{.{3p2 m8b,_1
`OWHf?t: ZV+tHgzlv5 3NDddrL9 其他例子 YzQ1c~+ )7NI5x^$ 7>BfHb •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。 %K-8DL8|( •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 h_S>Q la_c:#ho &JqaIJh
,xVAJ6_# 光栅结构参数 gCC7L(1 / +% O0xqA\ •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 t4G$#~ •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 y^}uL|= •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 *wj5( B<y •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 e]1Zey
lV%1I@[M HOFxOBV 光栅#1 9 %4:eTcp z|D*ymz*EY
=urGs`\ wN4#j}C X_hDU~5{wC •仅考虑此光栅。 (BeJ,K7 •假设侧壁表现出线性斜率。 `(0B09~7 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ?zm]KxIC •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 2a48(~<_ @;P ;iI #IM.7`I 假设光栅参数: tLa%8@;'$ •光栅周期:250 nm ~Ss,he]Er •光栅高度:660 nm jJNCNH*0 •填充系数:0.75(底部) 35e{{Gn)v •侧壁角度:±6° ^zQI_ydG •n1:1.46 yvoz 3_! •n2:2.08 o5?Y
z77>W}d 光栅#1结果 ]{\ttb%GX Gb\PubJ qz>R"pj0g •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。 .Lna\Bv •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。 /~ {`!30 •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。 ~BmA!BZV` m)Kg6/MV. </`\3t \>-
M&C 光栅#2 ([dd)QU W
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U*$xR<8v za@/4z V9BW@G@9 •同样,只考虑此光栅。 `{G&i\"n •假设光栅有一个矩形的形状。 =oq8SL?bJ* •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 2]]v|Z2M4 假设光栅参数: ;: 2U}p^- •光栅周期:250 nm h&$h<zL[ •光栅高度:490 nm =,#--1R7g •填充因子:0.5 YiDO V) •n1:1.46 lbBWOx/| •n2:2.08 w&aZ 97{ QH9t |l 光栅#2结果 _b~{/[s F^NK"<tW SscB&{f •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。 c
Rq2 re •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。 D![v{0 er •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。 p/HDG
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