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摘要 Qq.$!$ ds+K7B$ 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。 _!zc <&~I ZKrK>X %T>@Ldt 概述 Uf+y$n- 8hS^8 j[i*;0) | •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ij:a+T •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 1@{ov!YB] •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 ]tu
OWR U/{t" e
RQWUO^&e^ jt}oq%Bf 衍射级次的效率和偏振 NLpKh1g H0inU+Ih pD[&,gV$ •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 6R^F^<< •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。
Txo{6nd/ •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)。 gYN;Fu-9Z •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。 ^k%+ao •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。 p*jU)@a0
16eP7s )|v du 光栅结构参数 yn ofDGAf eD7\ ,}O ESoqmCJjb: •此处探讨的是矩形光栅结构。 )MI w/ •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。 'X+aYF}Ye •因此,选择以下光栅参数: z)KoK`\mE" - 光栅周期:250 nm ;p*L(8<YI - 填充系数:0.5 %P1zb7:8 - 光栅高度:200 nm VB |k - 材料n1:熔融石英 hoBFC1 - 材料n2:TiO2(来自目录) q*R~gEi#yk v,ecNuy*d rMWvW(@@D PT,*KYF_O" 偏振状态分析 *{5}m(5F
Rq| 5%;1 bZWR.</ •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 P JKY$s. •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。 anz7ae&P'K •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。 pHVDug3 ;;UsHhbhI
JYjc^m !^L}LtqHI 产生的极化状态 (*eX'^Q)d .Sw4{m[g
k(>J?\iNW 3<FqK \P /Tl ybSC1 其他例子 _`QME r? ,agkV)H O+XQP!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。 a&[[@1OY •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 "AJ>pU3 Qh3+4nLFtb (1{OQ0N+x "OUY^ cM 光栅结构参数 Vx0Hq`_14 (ce)A,; b,HXD~= •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 Np9Pae' •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;3~teVYB •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。 mNe908Yw •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 D0f7I:i1
`,GFiTPd h*P0;V`UX 光栅#1 cP/( h t?uw^nV 3E
F r2
+p _;(QMeR TKw>eGe •仅考虑此光栅。 ?aG ~E •假设侧壁表现出线性斜率。 `b@"GOr •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 l%2B4d9"v •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 P#A|Pn<p Dhg/>@tw )[sSCt] 假设光栅参数: Pt;\]?LVrD •光栅周期:250 nm +xmZK<{< •光栅高度:660 nm wAb_fU&* •填充系数:0.75(底部) C$c.(5/O •侧壁角度:±6° lgAE`Os •n1:1.46 XnvaT(k7Y •n2:2.08 \v9<L'NP) ~>$(5s2 光栅#1结果 v#sx9$K T f;ycQc@f ~0.@1zEXj •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。 -H_7GVSnl •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。 K& |