[技术]Techwiz LCD:LCOS模拟 [复制链接]

摘要 ?gD^K,A Hd  
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光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 v,]-;V~<  
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任务说明 5XtIVHA@{  
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R `K1L!`3  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ,^wjtA3j8  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 [QUaC3l)  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： Kcl~cIh77  
# `L
?24%  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 PzF>yG
[  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： gi {rqM  
+q*WY*gX  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 vo(riHH  
=)b!M^=X-a  
光栅结构参数 (:er~Y}  
研究了一种矩形光栅结构。 (E(J}r~E  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 R?62gH  
根据上述参数选择以下光栅参数： <8)cr0~zy>  
光栅周期：250 nm d
a'1H  
填充因子：0.5 nMM:Tr  
光栅高度：200 nm pSa pF)1>  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 2P,%}Ms  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） d)>b/0CZ  
&ci;0P#Q  
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vz9  
5]f6YlJZ  
偏振态分析 L`3;9rO  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 c,j[ix  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 s@02?+/  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 WU$l@:Yo  

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模拟光栅的偏振态 Lm&BT)*  
3QI.|;X  
i2P:I A|@  
Talmc|h  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： >\?RYy,s$  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 I3qTSX-  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ;~,)6UX7  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 P9 w);jp;  
j DkBe-`  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Nn#;Kjul.  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 yQcIfl]f  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 k*4!rWr0r&  
DuQW?9^232  
3ncN)E/@  
*qZBq&7tb  
光栅结构参数 D wfw|h  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 #=V\WQb  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 (nu;o!mo9  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 3ytlD'  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ;&dMtYb  
x,NV{uG$n  
HDO_r(i  
光栅#1——参数 f"z;'  
假设侧壁倾斜为线性。 !o`riQLs>  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 }  fa  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Xhs*nt%l  
光栅周期：250 nm ~ <36vsk  
光栅高度：660 nm dY{qdQQ}  
填充因子：0.75（底部） `mthzc3W  
侧壁角度：±6° !bIE%cq  
n_1：1.46 1'!D   
n_2：2.08 d@%PTSX  
_WR/]1R  
B.C:06E5  
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光栅#1——结果 7,s5Gd-  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 IISdC(5  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 Ft^X[5G4L  
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   i}e/!IVR3  
a/</P |UG  
光栅#2——参数 M._;3_)%/  
假设光栅为矩形。 )Ma/]eZ^I  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Eunmc  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 |xF!3GGms  
光栅周期：250 nm OZ33w-X<  
光栅高度：490 nm U[?f@.&  
填充因子：0.5 w^9< I]  
n_1：1.46 vb| d  
n_2：2.08 f/QwXO-U  
aL*}@|JL"  
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\Q^grX  
光栅#2——结果 $h}5cl  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 vjzG H*  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 cm0$v8  
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