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infotek 2024-12-26 07:56

Techwiz LCD:LCOS模拟

摘要 IqHV)A  
P6`u._mX  
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#'U/^  
NO>w+-dGS  
wE>\7a*P%  
#4% ]o%.  
任务说明 S~bOUdV Z  
{SPq$B_VR  
z+wA rPxc  
ItVWO:x&v  
简要介绍衍射效率与偏振理论 'RR~7h  
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。 Id'-&tYG  
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: W ]1)zO  
;(/ZO%h  
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。 W~; `WR;.  
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: %QGC8Tz  
,j{,h_Op  
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 gQg"j)  
"@@u3`#  
光栅结构参数
~d4 )/y  
研究了一种矩形光栅结构。 5"@*?X K^  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 Ad8n<zt|  
根据上述参数选择以下光栅参数: $E~`\o%Ev  
光栅周期:250 nm &*,#5.  
填充因子:0.5  2DtM20<>  
光栅高度:200 nm Y@vTaE^w3  
材料n_1:熔融石英(来自目录) Y|f[bw  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) ,, OW  
5E;qM|Ns  
- t'jNR'  
=_2jK0+}l  
偏振态分析 )e+>w=t  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 Tod&&T'UW  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 h$>-.-  
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。 IGQaDFr  
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模拟光栅的偏振态 b9J_1Gl]  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息: @ $ ;q ;  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 { ]{/t-=  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 Lv;^My  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 4{U T!WIi  
W0@n/U  
Passilly等人更深入的光栅案例 *20jz<  
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。 |O|V-f{l  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 x.!V^HQSN  
{0wIR_dGX  
ghG**3xr  
g0=z&2Q[_)  
光栅结构参数 zm5]J  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 u<tbbKM  
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。 WUe{vV#S'0  
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。 +US!YU  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 !Y0Vid  
(l~AV9!m:  
\^J%sf${  
光栅#1——参数 kX7C3qdmt  
假设侧壁倾斜为线性。 yiXSYD  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 |^"1{7)  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 [I,Z2G,Jb  
光栅周期:250 nm ;>EM[u  
光栅高度:660 nm 7hD>As7`/  
填充因子:0.75(底部) 2 /\r)$ 2i  
侧壁角度:±6° o4F2%0gJ  
n_1:1.46 &ZlVWK~v  
n_2:2.08 l|JE#  
NqazpB*  
u^ +7hkk  
X"|['t  
光栅#1——结果 B dj!ia;H  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 *SbMqASv4G  
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。 OhQgF  
UJAv`yjG  
  
gZ3u=uME  
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光栅#2——参数 %A9NB!  
假设光栅为矩形。 ^B.5GK)!  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 by1<[$8r  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 shy-Gu&  
光栅周期:250 nm K,;E5  
光栅高度:490 nm M>xK+q?O  
填充因子:0.5 F3[T.sf  
n_1:1.46 TTX5EDCrC  
n_2:2.08 W fN2bsx>  
 j|DsG,  
#?aPisV X>  
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光栅#2——结果 ed{ -/l~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。  c(f  
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。 bivuqKA  
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