摘要
光柵結(jié)構(gòu)廣泛用于光譜儀，近眼顯示系統(tǒng)等多種光學(xué)系統(tǒng)。VirtualLab Fusion通過應(yīng)用傅立葉模態(tài)法（FMM），以簡易的方式提供對任意光柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)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)來配置周期性結(jié)構(gòu)。 用于設(shè)置堆棧幾何形狀的用戶界面非常人性化，并且允許生成更復(fù)雜的光柵。在該用例中，討論了由FMM實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jù)Passilly等人的工作（2008年）選擇光柵配置和相應(yīng)參數(shù)。
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(qū)分最終出現(xiàn)的不同偏振狀態(tài)。
•在嚴(yán)格模擬光柵效率的過程中，例如利用傅里葉模態(tài)法，通過使用復(fù)數(shù)場求解均勻介質(zhì)的波動方程（也稱為亥姆霍茲方程）。
•因此，對于每個衍射級次（𝑛）和偏振態(tài)，算法的結(jié)果以復(fù)數(shù)值瑞利系數(shù)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(shù)計(jì)算出來的。
光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)
•此處探討的是矩形光柵結(jié)構(gòu)。
•為簡單起見，選擇光柵的配置，僅使反射中的零級次（R0）傳播光線。
•因此，選擇以下光柵參數(shù)：
- 光柵周期：250 nm
- 填充系數(shù)：0.5
- 光柵高度：200 nm
- 材料n1：熔融石英
- 材料n2：TiO2（來自目錄）
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(shù)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(shù)，請?jiān)诠鈻偶壌畏治銎髦羞x中單個級次輸出，并選擇所需的系數(shù)。
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(zhuǎn)換，在Passilly等人的工作中，研究和優(yōu)化了在亞波長光柵處衍射光的偏振態(tài)。
•因此他們將模擬結(jié)果與制造樣品的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。
光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)
•在引用的工作中，研究了兩種不同的制造光柵結(jié)構(gòu)。
•由于應(yīng)用的制造方法引起的，與所需的二元形狀相比，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)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(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，因此在VirtualLab中的模擬，我們進(jìn)行了簡化。
•當(dāng)然，如果數(shù)據(jù)可用，詳細(xì)分析光柵的復(fù)雜形狀亦是可能。
光柵＃1
•僅考慮此光柵。
•假設(shè)側(cè)壁表現(xiàn)出線性斜率。
•蝕刻不足的部分基板被忽略了。
•為了實(shí)現(xiàn)光柵脊的梯形形狀，應(yīng)用了傾斜的光柵介質(zhì)。
假設(shè)光柵參數(shù)：
•光柵周期：250 nm
•光柵高度：660 nm
•填充系數(shù)：0.75（底部）
•側(cè)壁角度：±6°
•n1：1.46
•n2：2.08
光柵＃1結(jié)果
•左圖顯示的是使用VirtualLab獲得的結(jié)果，而Passilly等人發(fā)表的結(jié)果如右圖所示。
•相比之下，這兩張圖都表現(xiàn)出非常好的相似性，尤其是圖的軌跡。
•與參考相比，光柵結(jié)構(gòu)的簡化導(dǎo)致了一些小的偏差。 由于缺少復(fù)雜光柵結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，因此簡化是必要的。
光柵＃2
•同樣，只考慮此光柵。
•假設(shè)光柵有一個矩形的形狀。
•蝕刻不足的部分基板被忽略了。
假設(shè)光柵參數(shù)：
•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(jié)果
•同樣，左邊的圖顯示了使用VirtualLab獲得的結(jié)果，由Passilly等人發(fā)表的結(jié)果如右圖所示。
•相比之下，這兩張圖再次表現(xiàn)出非常好的匹配，尤其是圖的軌跡。
•與參考相比，光柵結(jié)構(gòu)的簡化以及缺少一些光柵參數(shù)會導(dǎo)致一些小的偏差。
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