摘要

 

光柵結構廣泛用于光譜儀，近眼顯示系統等多種光學系統。VirtualLab Fusion通過應用傅立葉模態法（FMM），以簡易的方式提供對任意光柵結構進行嚴格分析。在光柵工具箱中，可以在堆棧中使用界面或/和介質來配置周期性結構。 用于設置堆棧幾何形狀的用戶界面非常人性化，并且允許生成更復雜的光柵。在該用例中，討論了由FMM實現衍射級次偏振狀態的研究。

 

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。

?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。

?在嚴格模擬光柵效率的過程中，例如利用傅里葉模態法，通過使用復數場求解均勻介質的波動方程（也稱為亥姆霍茲方程）。

?因此，對于每個衍射級次（??）和偏振態，算法的結果以復數值瑞利系數給出。
?特定級次（??）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系。它是從瑞利系數計算出來的。

 

光柵結構參數

 

?此處探討的是矩形光柵結構。

?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：

- 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（來自目錄）

 

 

偏振狀態分析

 

?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特定級次的偏振狀態信息。

?為了得到瑞利系數，請在光柵級次分析器中選中單個級次輸出，并選擇所需的系數。

 

產生的極化狀態

 

其他例子

 

?為了不同狀態之間接收高轉換，在Passilly等人的工作中，研究和優化了在亞波長光柵處衍射光的偏振態。

?因此他們將模擬結果與制造樣品的測量數據進行了比較。

 

 

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。

?由于缺少有關制造結構的細節，因此在VirtualLab中的模擬，我們進行了簡化。

?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。

?假設側壁表現出線性斜率。

?蝕刻不足的部分基板被忽略了。

?為了實現光柵脊的梯形形狀，應用了傾斜的光柵介質。

 

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，因此簡化是必要的。

 

 

光柵＃2


 

?同樣，只考慮此光柵。

?假設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，光柵結構的簡化以及缺少一些光柵參數會導致一些小的偏差。