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infotek 2024-12-26 07:56

Techwiz LCD:LCOS模拟

摘要 Fj(GyPFG  
QW$p{ zo  
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景,如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM,也称为RCWA),为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此,复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置,这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中,详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 A&bj l[s  
~`C _B]3|  
nQoQNB  
1"L"LU'  
任务说明 e"52'zAV-  
ykx^RmD`~  
X.#)CB0c1Q  
6tndC o;`  
简要介绍衍射效率与偏振理论 L-!1ybB^  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 31@Lr[!  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: tKeTHj;jO  
s<)lC;#e  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 {*AA]z? zo  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: 8M@'A5]  
S.)Jp -&K  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 @(~:JP?KNC  
YT Zi[/  
光栅结构参数
##*]2Dy  
研究了一种矩形光栅结构。 k%sH09   
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 6:O<k2=2  
根据上述参数选择以下光栅参数: *Ud(HMTe  
光栅周期:250 nm %KXiB6<4  
填充因子:0.5 =i&,I{3  
光栅高度:200 nm  7P7OTN  
材料n_1:熔融石英(来自目录) ^w.hI5ua)  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) -g]Rs!w'  
U~N7\Pa4  
^Aq0<  
j 0pI  
偏振态分析 [/UchU]DT  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 jb -kg</A  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 WXl+w7jr  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 :q]9F4im  
/v8Q17O?e  
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S@FO&o 0  
模拟光栅的偏振态 Ki2!sADd  
cKe%P|8  
%,kP_[!>Q  
hPDKxYD]f  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: rtRbr_  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 @#)` -]g  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 hTr5Q33y>  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 TZAd{EZa  
o)AwM"  
Passilly等人更深入的光栅案例 /i'078F  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 d]pb1ECuu  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 8AuBs;i  
_1p8(n  
hM Dd*<%l  
<EpL<K%  
光栅结构参数 @h%V:c  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 kI^* '=:  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 2T~cOH;T  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 [@vz0!@s5  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 ;Y$>WKsV  
xc:E>-  
O?JJE8~']  
光栅#1——参数 ,50  
假设侧壁倾斜为线性。 YAr6 cl  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 *1b|j|5v  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 Nr~$i%[  
光栅周期:250 nm c=oDzAzuV\  
光栅高度:660 nm cz>,sz~i  
填充因子:0.75(底部) Cbw *? 9d  
侧壁角度:±6° I,j4 BU4  
n_1:1.46 n|w+08c"  
n_2:2.08 lLx!_h  
$KiCs]I+  
^Xk!wJ  
nT6y6F _e  
光栅#1——结果 EKwQ$?I  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 t4WB^dHYp  
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。 UN]gn>~j  
94u{k1d x  
  
zX>W 8P  
;c(a)_1  
光栅#2——参数 n~N>;m P  
假设光栅为矩形。 gg'1q3OjM  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 tE7jTe  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 yB b%#GW  
光栅周期:250 nm =3e7n2N)  
光栅高度:490 nm v= 55{  
填充因子:0.5 *'< AwG&  
n_1:1.46 T*z]<0E]  
n_2:2.08 :!`"GaTy  
d7OygDb<  
rbw$=bX}  
?[D3 -4  
光栅#2——结果 )ZG;.j  
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。 ZZw`8 E  
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。 e~o!Qm  
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