摘要
光柵結構廣泛用于光譜儀，近眼顯示系統等多種光學(xué)系統。VirtualLab Fusion通過(guò)應用傅立葉模態(tài)法（FMM），以簡(jiǎn)易的方式提供對任意光柵結構進(jìn)行嚴格分析。在光柵工具箱中，可以在堆棧中使用界面或/和介質(zhì)來(lái)配置周期性結構。 用于設置堆棧幾何形狀的用戶(hù)界面非常人性化，并且允許生成更復雜的光柵。在該用例中，討論了由FMM實(shí)現衍射級次偏振狀態(tài)的研究。
概述
•本文的主題是光在周期性微結構處的衍射后的偏振態(tài)。
•為此，如示意圖所示，在示例性二元光柵結構和錐形入射處研究零級反射光。
•為了在特定示例中討論該主題，在第二部分中根據Passilly等人的工作（2008年）選擇光柵配置和相應參數。
衍射級次的效率和偏振
•通常，為了表征光柵的性能，給出了傳播級次的效率（η）。
•該效率值包括該特定級次的所有光的能量，但并不區分最終出現的不同偏振狀態(tài)。
•在嚴格模擬光柵效率的過(guò)程中，例如利用傅里葉模態(tài)法，通過(guò)使用復數場(chǎng)求解均勻介質(zhì)的波動(dòng)方程（也稱(chēng)為亥姆霍茲方程）。
•因此，對于每個(gè)衍射級次（𝑛）和偏振態(tài)，算法的結果以復數值瑞利系數給出。
•特定級次（𝑛）的效率表示入射光的功率與輸出衍射級的光功率之間的關(guān)系。它是從瑞利系數計算出來(lái)的。
光柵結構參數
•此處探討的是矩形光柵結構。
•為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，選擇光柵的配置，僅使反射中的零級次（R0）傳播光線(xiàn)。
•因此，選擇以下光柵參數：
- 光柵周期：250 nm
- 填充系數：0.5
- 光柵高度：200 nm
- 材料n1：熔融石英
- 材料n2：TiO2（來(lái)自目錄）
偏振狀態(tài)分析
•使用不同錐形入射角（φ）的TE偏振光照射光柵。
•如上所述，瑞利系數的平方幅值將提供有關(guān)特定級次的偏振狀態(tài)信息。
•為了得到瑞利系數，請在光柵級次分析器中選中單個(gè)級次輸出，并選擇所需的系數。
產(chǎn)生的極化狀態(tài)
其他例子
•為了不同狀態(tài)之間接收高轉換，在Passilly等人的工作中，研究和優(yōu)化了在亞波長(cháng)光柵處衍射光的偏振態(tài)。
•因此他們將模擬結果與制造樣品的測量數據進(jìn)行了比較。
光柵結構參數
•在引用的工作中，研究了兩種不同的制造光柵結構。
•由于應用的制造方法引起的，與所需的二元形狀相比，結構表現出一些偏差：基板的蝕刻不足和光柵脊的形狀偏離。
•由于缺少有關(guān)制造結構的細節，因此在VirtualLab中的模擬，我們進(jìn)行了簡(jiǎn)化。
•當然，如果數據可用，詳細分析光柵的復雜形狀亦是可能。
光柵＃1
•僅考慮此光柵。
•假設側壁表現出線(xiàn)性斜率。
•蝕刻不足的部分基板被忽略了。
•為了實(shí)現光柵脊的梯形形狀，應用了傾斜的光柵介質(zhì)。
假設光柵參數：
•光柵周期：250 nm
•光柵高度：660 nm
•填充系數：0.75（底部）
•側壁角度：±6°
•n1：1.46
•n2：2.08
光柵＃1結果
•左圖顯示的是使用VirtualLab獲得的結果，而Passilly等人發(fā)表的結果如右圖所示。
•相比之下，這兩張圖都表現出非常好的相似性，尤其是圖的軌跡。
•與參考相比，光柵結構的簡(jiǎn)化導致了一些小的偏差。 由于缺少復雜光柵結構的數據，因此簡(jiǎn)化是必要的。
光柵＃2
•同樣，只考慮此光柵。
•假設光柵有一個(gè)矩形的形狀。
•蝕刻不足的部分基板被忽略了。
假設光柵參數：
•光柵周期：250 nm
•光柵高度：490 nm
•填充因子：0.5
•n1：1.46
•n2：2.08
光柵＃2結果
•同樣，左邊的圖顯示了使用VirtualLab獲得的結果，由Passilly等人發(fā)表的結果如右圖所示。
•相比之下，這兩張圖再次表現出非常好的匹配，尤其是圖的軌跡。
•與參考相比，光柵結構的簡(jiǎn)化以及缺少一些光柵參數會(huì )導致一些小的偏差。
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