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    [推荐]衍射级次偏振状态的研究 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-09-01
    摘要 @VP/kut  
    W2XWb<QSEV  
    光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 VJ-t #q"  
    !KXcg9e  
    4'D^>z!c  
    概述 8-+# !]  
    W= NX$=il  
    w@2NXcmw  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 qDG x (d  
    •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 'exR;q\  
    •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数 8ZV!ld  
    w$$pTk|&n  
    @}UOm- M  
    Wp = ]YO  
    衍射级次的效率和偏振
    ^'N!k{x  
    6$PQ$  
    *RJD^hu  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 >Heuf"V  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 lz0dt<8eP  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 n=rmf*,?  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 ]p(es,[  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 /!&eP3^  
    xPF.c,6b4=  
    }:?_/$};  
    光栅结构参数 ?jO<<@*2S  
    : [?7,/w  
    /FTP8XHwL)  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 ?aaYka]  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 g>ke;SH%KY  
    •因此,选择以下光栅参数: 3 P\4K  
    - 光栅周期:250 nm sFfargl  
    - 填充系数:0.5 1iqgTi>  
    - 光栅高度:200 nm `aMnTF5:  
    - 材料n1:熔融石英 FzsW^u+  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) G^P9_Sw]d3  
    B_c-@kl   
    Jk<b#SZ[b  
    o9D#d\G  
    偏振状态分析 7'.6/U  
    w &^Dbme  
    !M6Km(>  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 '}Jq(ah(  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 @!\lt$  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 &~)1mnv.  
    Q `h@-6N  
    dr=KoAIxy  
    UD'e%IVw  
    产生的极化状态 ]waCYrG<sY  
    w\a9A#v,  
    P-N+  
    8{.:$T  
    `t #I e *  
    其他例子 SI l<\  
    =Rf!i78c5  
    >\ym{@+*  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 }~Y#N  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 p~u11rH  
    k@C]~1  
    9y"\]G77E  
    8!dA1]2;  
    光栅结构参数 NB/ wJ3 F  
    CbRl/ 68HY  
    \C E8S+Z%  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 FBK6{rLMc  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 `Df)wNN1  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 n&uD=-  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 k*xgF[T 8  
    U_c9T>=  
    4qEeN-6h  
    光栅#1 `BHPj p>  
    gnSb)!i>z  
    ng[ZM);  
    . B9rG~  
    :<Y, f(c  
    •仅考虑此光栅。 =h 2zIcj  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 Obu>xK(  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 '|i<?]U  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 $n?@zd@53  
    ]\<^rEU  
    miZ&9m  
    假设光栅参数: $fA%_T_P'P  
    •光栅周期:250 nm ca1A9fvo  
    •光栅高度:660 nm }l>0m  
    •填充系数:0.75(底部) =F5(k(Ds  
    •侧壁角度:±6° (r?41?5K  
    •n1:1.46 Fh4kd>1 D  
    •n2:2.08 t)O$W   
    'J&$L c  
    光栅#1结果 Gt^Fj&^  
    BVX6  
    gzthM8A  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 |A#pG^  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 J ;=~QYn[  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    E1'HdOh&z  
    Eh)PZvH  
    Vs)Pg\B?  
    emo@&6*  
    光栅#2 ,=tPh4>  
    ;{79d8/=  
    i[_WO2  
    P"LbWZ6Nj  
    %EuJ~;x(Mg  
    •同样,只考虑此光栅。 K"O+`2$  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 \s8j*  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 T\VKNEBo  
    假设光栅参数: bZ0mK$B  
    •光栅周期:250 nm @-9I<)Z/2  
    •光栅高度:490 nm Qx-/t9`!Z  
    •填充因子:0.5 z  %Ty;  
    •n1:1.46 |UN0jR  
    •n2:2.08
    82.::J'e  
    Z6eM~$Y  
    光栅#2结果 ]3xb Q1  
    @7Oqp-  
    FA}dKE=c Q  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 ALVHKL2  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 \a+.~_iL|  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 3":vjDq$  
    .tv'`  
    50#iC@1  
    文件信息 KTr7z^  
    a:*8SovI  
    ]W^F!p~eC  
    .g L%0  
    YIjY?  
    QQ:2987619807 $]v=2j  
     
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