[技术]Techwiz LCD:LCOS模拟 [复制链接]

摘要 Y*>#T  
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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。 + SFVv_
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任务说明 jN>{'TqW4  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 *4xat:@{{  
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。 TRQF^P3o  
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： i;jw\ed  
OK6]e3UO  
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。 v:o({Y 1Aq  
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： ,TPISs  
r>"   
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。 s3O} 6  
.DR<Te  
光栅结构参数 V7[zAq  
研究了一种矩形光栅结构。 , GY h9  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Vf'd*-_!Q<  
根据上述参数选择以下光栅参数： 8p9bCE>\  
光栅周期：250 nm C\nhqkn  
填充因子：0.5 a1.Ptf eW|  
光栅高度：200 nm S<u-n8bv  
材料n_1：熔融石英（来自目录） {Jx4xpvPo  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） U{z9>  
'u_t<F]b  
VUYmz)m5  
RIE5KCrGB  
偏振态分析 J6%AH?Mt  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 /D^"X 4!"  
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。 pN9A{v(  
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。 s#DaKPC  
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模拟光栅的偏振态 F;[T#N:~  
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O:"*q&;J  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： S_v'hlrrT  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。
On@<J&%  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 vR=6pl$|~~  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 l)w Hl%p  
2aB^WY'tC  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ivz>dJ?T  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 S:q3QgU=X  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 C2xL1`  
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iNWo"=J  
光栅结构参数 A"l?:?rtw]  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。
nF4a-H&Fo  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 0}FOV`n  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 V$icWu  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 x^y"<  
f{i8w!O"~  
;w-qHha  
光栅#1——参数 U_$qi  
假设侧壁倾斜为线性。 G4;3cT3'  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 jhX[fT1m  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ;Y mTw  
光栅周期：250 nm R:AA,^Z  
光栅高度：660 nm @]c(V%x  
填充因子：0.75（底部）  "t$k  
侧壁角度：±6° -}4NT{E  
n_1：1.46 c$`4*6  
n_2：2.08 `#QG6/0  
G,<T/f .{$  
^6P3%  
CWG6;NT6m  
光栅#1——结果 G #T<`>T  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 j:&4-K};Z`  
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。 ~h=X8-D  
p,<&zHb>K  
   |Uk" {  
]cC[-F[  
光栅#2——参数 Z,;cCxE  
假设光栅为矩形。 pdb1GDl0q  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -l-E_6|/W  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 T<joRR  
光栅周期：250 nm Ty@=yA17  
光栅高度：490 nm (ihP`k-.  
填充因子：0.5 ?Xo*1Z =  
n_1：1.46 %|l8f>3[  
n_2：2.08 ow;R$5G  
I.@hW>k  
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光栅#2——结果 YyJPHw)Z  
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。 )|<_cwz  
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。 L~/
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