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2024-12-26 07:56 |
Techwiz LCD:LCOS模拟
摘要 O39f V/]o': 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。 VQ8Q=!] opgNt o6$
)x3p7t)# O,Ej m<nt 任务说明 >';UF;\5]Q heScIe
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a5?Yh<cJ !3)WW)"!r 简要介绍衍射效率与偏振理论 (bAw>
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。 <72q^w 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: O>d
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4q\&Mb3 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。 YySo%\d 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: nd }Z[)
1s.>_ 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 。 ` <u2 N p8j*m~4B 光栅结构参数 KNjU!Z/4 研究了一种矩形光栅结构。 !8&EkXTw, 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 aU*}.{<! 根据上述参数选择以下光栅参数: WAf"| 光栅周期:250 nm mrBK{@n 填充因子:0.5 9Dp0Pi?29 光栅高度:200 nm J,J6bfR/ 材料n_1:熔融石英(来自目录) P !I Lji! 材料n_2:二氧化钛(来自目录) (4|R}jv Tj+U:#!!~
_*Ej3=u [5]n,toAh 偏振态分析 aYM~Ub:x{ 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 yMt:L)+ 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。 2R W~jn" 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。 >+DMTV[O }R/we`
rBOH9L lOM8%{.'_x 模拟光栅的偏振态 Qq'e#nI@
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'bsHoO AD+OQLG]` 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: : ^U>n{ 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 ?#Y:2LqP C 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 !a25cm5ys 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 EM`'=<)V mX!*|$bs Passilly等人更深入的光栅案例。 d]:G#<. Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 9tb-;| 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 |3 Iug ooBBg@
3SI0etVr "Q:h[) a 光栅结构参数 L62%s[ 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 W\j)Vg__e 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 @WJ\W `P 由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 NqGSoOjIO2 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 E m^Dg9
F n iht< 7=5eLc^ 光栅#1——参数 |i#06jIq 假设侧壁倾斜为线性。 aEh9za 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Lis>Qr 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 (9kR'kr 光栅周期:250 nm ,,+4d :8$ 光栅高度:660 nm 6GPI
gPL, 填充因子:0.75(底部) X/90S2=P 侧壁角度:±6° RgL>0s n_1:1.46 ,hT.Ok={36 n_2:2.08 ;ISe@yR; !c{F{t-a
Ir5|H|b< &6
<a<S 光栅#1——结果 Kd58'$ 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 2%6 >)| 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。 YYPJ(o\ %''L7o.#a
y1T(R# ZTz07Jt 光栅#2——参数 @2a!T03 假设光栅为矩形。 'P" i9j 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ;b~\[ 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 S*|/txE'~Y 光栅周期:250 nm :$,MAQ'9 光栅高度:490 nm ,7c Rd }1Y 填充因子:0.5 pr7lm5 n_1:1.46 ]d@>vzCO n_2:2.08 EY<"B2_% |*UB/8C^/!
dt,Z^z+"E _8
|X820 光栅#2——结果 |rwY
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。 i!e8-gVMP& 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。 gCC7L(1 nH k^trGm
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