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摘要 Zlo,#q @( l`_Wx 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。 Nig-D>OS EM}z-@A> RUKSGj_NJ 概述 *_wBV
M=2 67?5Cv 566Qikw2 •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 v'tk:Hm1 •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。 |#6Lcz7[ •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。 z^.0eP8\j s=4.Ovd\
ev $eM Q
# gHD 衍射级次的效率和偏振 -s"lW 7N^ 8vK&d> k7*q.2 0 •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 bSfQH4F •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 tw66XxE •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 k9n93I|Cm •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 x#D=?/~/Kv •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 >Fz$DKr[
30@ GFaab ;H lv 光栅结构参数 `Z-`-IL
s25012 1oPT8)[U •此处探讨的是矩形光栅结构。 +zsya4r •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。 ?}[keSEh> •因此,选择以下光栅参数: ?F/3]lsggT - 光栅周期:250 nm |k+^D : - 填充系数:0.5 jTnu! H2o - 光栅高度:200 nm DZue.or - 材料n1:熔融石英 }kpkHq"`f - 材料n2:TiO2(来自目录) uZ+< bb{+ @_{"ho (yfTkBy 偏振状态分析 *M:Bhw 7nmo p7 -g0>>{M' •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 !r<7]nwV •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。 :"4~VDu •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。 &>o)7H]; (]:G"W8f
\cG'3\GI H|Ems}b 产生的极化状态 +-hmITJv Ero3A'f
G;e}z&6<k Gsb]e ^|Y!NHYH$Z 其他例子 U:Y?2$# $IHa]9 { cQ`,:t#[ •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。 <\5{R@A*6 •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 3r\QLIr L8 g=)@yZ3>v +"!IVHY ;>~iCFk]? 光栅结构参数 ?CIa)dhu CVm*Q[5s" >9 iv> •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 8PQt8G. •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。 <*[(t;i •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。 sdb#K?l •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 p s2C8;zT
n3(HA 2h=RNU| 光栅#1 +mJAIjH Fq8Z:;C8
{?8rvAjY vQ;Z 0_ M<SZ7^9< •仅考虑此光栅。 344- ~i* •假设侧壁表现出线性斜率。 m*1=-"P •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 VD4( •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 e.N#+ ^#nAS2w7U 0:XmReO+k 假设光栅参数: ||hd(_W8 •光栅周期:250 nm #r\uh\Cy •光栅高度:660 nm 8W{R&Z7aL •填充系数:0.75(底部) E:2Or~ •侧壁角度:±6° F
J)la9 •n1:1.46 x`4">:IA •n2:2.08 "h
"vp&A , vWcWT 光栅#1结果 k]Yd4CC2 [|vdr. QgP
UP[ •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。 2?&h{PA+ •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。 Na4\)({ •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。 7XaRi@uG um/iK}O v''$qMQ) !( /dbHB 光栅#2 #jQITS7 SO|$X
L9T|* ?|| 0L'h5i>H) "bJW yUb •同样,只考虑此光栅。 ig6F!p •假设光栅有一个矩形的形状。 ]'hz+V31% •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 JMXCyDy; 假设光栅参数: 2TdcZ<k}J •光栅周期:250 nm -{^Gzui •光栅高度:490 nm u-D%: lz85 •填充因子:0.5 {Wt=NI?Ow •n1:1.46 o]@?QAu
•n2:2.08 BPW2WSm@<
4h-tR 光栅#2结果 O9bIo]B W 5-=,t |Gz(q4 •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。 ,#nyEE •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。 y6fYNB •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。 s~3"*,3@ *&XOzaVU
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