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2024-12-26 07:56 |
Techwiz LCD:LCOS模拟
摘要 D)cwttH %=
;K>D 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。 '=Y~Ir+ `;2`H, G'
%--5bwZi / hdl 任务说明 :2gO)
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?|YQtY b>._ r&. 简要介绍衍射效率与偏振理论 zb)SlR 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。 3H%WB| 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: E?o8'r
Fpwh.R:yV 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。 8gm[Q[
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: j".6
O~]G(TMs8W 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 。 6RodnQ dj**,*s 光栅结构参数 d>psqmQ 研究了一种矩形光栅结构。 qiJ{X{lI 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 Vo8"/]_h 根据上述参数选择以下光栅参数: >maz t=, 光栅周期:250 nm o-Arfc3Q 填充因子:0.5 bZfJG^3 光栅高度:200 nm 9DE)5/c`v 材料n_1:熔融石英(来自目录) }CqIKoX. 材料n_2:二氧化钛(来自目录) ka[NYW{. J/2pS
+q%goG8 sg\jC# 偏振态分析 zH4#\d 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 _%!hkc( 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。 `"4EE}eQc 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。 n8,/olqwW Z] }@#/
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.JjuY'-Q ?!Gt.
fb 模拟光栅的偏振态 cXH?'q'vZ I]1fH
xbA2R4| D~>P/b)v{j 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: =p$ Wo 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 ]0E- lD0J 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 Mq$=zsj 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 xy>mM"DOH &ayoTE^0, Passilly等人更深入的光栅案例。 i[J', 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。 aR $P}]H 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 f;a6ux# VTa8.(i6v
9hU@VPB~ x #g,l2_! 光栅结构参数 KQ3
On(d 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 AQZ\Kcr 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。 HR 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。 =Y0m;-1M 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 ^\%%9jY
s#3{c@^3 ln7.>.F 光栅#1——参数 ;k]pq 4E 假设侧壁倾斜为线性。 ]W,g>91m 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 L_|Y_=r." 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 In2D32"F 光栅周期:250 nm V>Cf
8>m 光栅高度:660 nm X)+N>8o?N 填充因子:0.75(底部) P2kZi=0 侧壁角度:±6° ]gZjV n_1:1.46 g&V.o5jIhc n_2:2.08 EzaOg| xB#E&}Ho
\ZB;K~BV& K(^x)w r-: 光栅#1——结果 @@ QU"8q 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 hV)I
C9 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。 bMYRQ,K`C TXM.,5Dx\
zD'gGxM1 FKP^f\!M 光栅#2——参数 Z[VKB3Pb8 假设光栅为矩形。 RWE%?` 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Yu=^`I 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 >vhyKq|g< 光栅周期:250 nm ?W(f%/B# 光栅高度:490 nm Gmb57z&: 填充因子:0.5 jWz-7BO n_1:1.46 >*MB_m2| n_2:2.08 NKRXY~zHh `}bUf epMJ
~oI49Q&{ t9}XO M* 光栅#2——结果 cD\Qt9EI 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。 VO9<:R 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。 +J} 41 7)T+!>
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