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摘要 =f{v:n6 f'@ L|&w 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。 a{hc{ M>p<1`t-& PDuBf&/e 概述 D_czUM SM4`Hys;p 3-{BXht) •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 PRaVe,5a •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。 `Y4K w •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。 72Y6gcg nv@z;#&
<%S)6cw(3 rMbq_5} 衍射级次的效率和偏振
v>B412l Z,E$4Z k/wD@H N •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 )-Hs]D: •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 *0!p_Hco •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 3rH}/`d4 •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 I\k<PglRA •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 X%IqZ{{
KxX [8 >aO.a[AM 光栅结构参数 v4"Ukv m]>zdP+ 7UMZs7L$ •此处探讨的是矩形光栅结构。 rBTg"^jsw •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。 +yWD>PY( •因此,选择以下光栅参数: e,e(t7c?d - 光栅周期:250 nm <7\j\` - 填充系数:0.5 \j`0f=z_ - 光栅高度:200 nm )
bI.K[0^ - 材料n1:熔融石英 D0FX"BY7 - 材料n2:TiO2(来自目录) :.e'?a 1\m,8i+gU w8 :[w Ul_Zn 偏振状态分析 5+M,X kg 3d6z_Yd: B\RAX# •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 :C} I6v= •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。 MOaI~xZ •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。 s"=TM$Vb -eF-r=FR
\(i'i C l'EO@D/M 产生的极化状态 HfVHjF) 1 Q(KZI
qhxMO[f
)Ri! 9AVj/?kmU 其他例子 +Pl)E5W!=` *pwkv7Zh D#&9zR86F •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。 HXKM<E{j •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 SPb+H19; dXh[Ea^ f-|?He4O] UF!qp 光栅结构参数 @@oJ@; r&4Xf#QD6 ]H !ru •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 l|WFS •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。
U=~?ca •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。 'z"vk •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 p*Q-o
7?whxi Qs QGuqV8 y0 光栅#1 ^H.B6h? a
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-orRmn6} >wh v*@Fr D ;> 7y}\ •仅考虑此光栅。 BwWSztJ+B •假设侧壁表现出线性斜率。 w&L~+Z< •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 dBd7#V:}yV •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 4}m9, 3LET zsJ v
^h:E 假设光栅参数: C~pas~ •光栅周期:250 nm k4V3.i!E •光栅高度:660 nm ?0t^7HMP •填充系数:0.75(底部) c},pu[nL •侧壁角度:±6° (Y)2[j •n1:1.46 Q)0KYKD+@ •n2:2.08 HQP.7.w7 5 Kz42AC 光栅#1结果 jvB[bS`<H `Qo37B2 #Q!Xz2z2 •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。 _ARG
" •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。 BEaF-*?A •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。 d MR?pbD v]( Y n)# :*KTpTa u$R5Q{H_ 光栅#2 )7*'r@ ni2#20L
/8e}c` "M5 9PKXQp •同样,只考虑此光栅。 {d[Nc,AMb •假设光栅有一个矩形的形状。 ^Ye(b7Gd •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 eY :"\c3
假设光栅参数: .+1I>L •光栅周期:250 nm ~QbHp|g •光栅高度:490 nm [<53_2]~ •填充因子:0.5 06]3+s{{ •n1:1.46 K2Abu? •n2:2.08 `w
6Qsah *gwaW!= 光栅#2结果 3l?|+sU>O ;"nO'wN:h o08g]a •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。 2%WeB/)9 •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。 'l^Bb#)" •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。 ! :]_-DX ,}IcQu'O
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