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摘要 8d-_'MXk3 g94NU
X 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。 _|3n h;-m UhNeY{6 JVRK\A|R 概述 6 LC*X YQ&Xd/z- qvCl
mZ •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 M*nfWQ
a •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。 Zx@{nVoYe~ •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。 R ~#\gMs R4{2+q=0
)
b?HK SqI WSL_Dc 衍射级次的效率和偏振 WL<Cj_N_{H wT;D<rqe` ?_IRO| •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 }{s<!b •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。 7^=O^!sa •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)。 6#v"+V •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。 YoJN.],gf •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。 &q>=6sQvf
BDpeAF8z xI$B",?( 光栅结构参数 |dK_^~;o !ce:S!P CtS*"c,j •此处探讨的是矩形光栅结构。 M(xd:Fa? •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 5F$W^N •因此,选择以下光栅参数: Y6f0 ?lB - 光栅周期:250 nm z>~Hc8*]3 - 填充系数:0.5 :`25@<*u - 光栅高度:200 nm \)pk/ - 材料n1:熔融石英 52=?!
JM - 材料n2:TiO2(来自目录) ^8-CUH\ Z8Qmj5'[ >zVj+ &jr'vS[b 偏振状态分析 w`q):yXX !q mnMY$ "9aiin •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 'Tj9btM*cL •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 @ )|N' •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。 (bY#!16C: I8rtta
Nw*
>$v B[}#m'Lv 产生的极化状态 C[z5&
x2 ]25 x X
U:"E:Bxz;m X H,1\J-S jNBvy1 其他例子 Mt"j< ]EW G$( B26 `C9/= •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。 F6`$5%$M;? •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 4*&_h g)h }j;*7x8( zo4 IY`3 RX3P%xZ 光栅结构参数 v47Y7s:uQ =J:6p-\* b S[;d5 •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 \4zb9CxOZ •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。 &==X.2XW •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。 n$&xVaF| •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 [oqb@J2
~H`~&? )%FRBO] 光栅#1 6qp2C]9= ?B7n,!&~
kwF4I)6 mWN9/+! d[eN#< •仅考虑此光栅。 &]~Vft
l •假设侧壁表现出线性斜率。 SkU'JM7<95 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 oP vk ^H •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 ]rU$0)VN Y=94<e[f" C{^U^>bU 假设光栅参数: 4'9yMXR •光栅周期:250 nm D;
i%J •光栅高度:660 nm jg%HaA<zO •填充系数:0.75(底部) vy&q7EX<i •侧壁角度:±6° [Tmpj9!q •n1:1.46 &Cv0oi&B •n2:2.08 rRgP/E#_ C^2J< 光栅#1结果 xd
}g1c 8Evon&G59 ]w*w@:Zk •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。 w&VM |