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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 a%>p"4WL  
    $a(EF 6  
    光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 vS %r_gf(  
    JFVal#  
    YC\~PVG  
    概述 ye1kI~LO(  
    CK1Xdyf_S  
    Rt{qbM|b&  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 CMa~BOt#  
    •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 ,mH2S/<}S  
    •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数 t E/s|v#O  
    }YHoWYR  
    }?xu/C  
    zm rQ7(y  
    衍射级次的效率和偏振
    ot P7;l  
    _A%} >:q  
    /C29^P  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 GkjTE2I3  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 <\c 5  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 qy6zHw  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 QSf{V(fs  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 S/pTFlptCa  
    n'ft@7>%h  
    5S:#I5Wa  
    光栅结构参数 zRsG$)B  
    ZK4/o  
    Q}ho Y  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 %^}3:0G  
    •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 dL5u-<y&  
    •因此,选择以下光栅参数: E7^r3#s  
    - 光栅周期:250 nm iF2/:iP  
    - 填充系数:0.5 DPI iGRw  
    - 光栅高度:200 nm O$+J{@  
    - 材料n1:熔融石英 a2 fV0d6*l  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) G@b|{!  
    /m%Y.:g  
    'l2'%@E>  
    dC;@ Fn  
    偏振状态分析 W@jBX{k  
    z>+@pj   
    a%DnRkRr  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 x7 jE Ns )  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 j.X3SQb4G  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 !q!.OQ  
    c*ac9Y'o  
    zuR!,-W  
    5F$ elW  
    产生的极化状态 " cx\P,<  
    CGvU{n,"  
    Ul7)CT2:  
    mu0ER 3o  
    U bT7  
    其他例子 k2muHKBlk  
    Hj"`z6@7  
    + |MHiC  
    •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。 ?"[b408-  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 HYf&0LT<11  
    r`}')2  
    7*]O]6rP  
    z/aZD\[_  
    光栅结构参数 5Og.:4  
    oVyOiWo\Z  
    U7(84k\j  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 E\&~S+:Xp  
    •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。 }-9  
    •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。 BXy g ?  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 J@w Q3#5a  
    s,O:l0  
    \&|)?'8rS  
    光栅#1 .~qu,q7k~  
    X*6bsYbK-  
    s0 hD;`cm  
    > !k  
     chW 1UE  
    •仅考虑此光栅。 3 4CqLPg8  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 sui3(wb  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 #Q}`kFB`  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 LO0<=4iN(  
    p =_K P9  
    rAq2   
    假设光栅参数: ?bu-6pkx]  
    •光栅周期:250 nm B B*]" gT  
    •光栅高度:660 nm Uc]S7F#  
    •填充系数:0.75(底部) dBkw.VO W  
    •侧壁角度:±6° aaW(S K  
    •n1:1.46 F[mL_JU  
    •n2:2.08 `''\FPhh  
    ;:NW  
    光栅#1结果 c.y8x  
    +@>K]hdr  
    "b5:6\  
    •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。 }S|~^  
    •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。 Cc7PhoPK  
    •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。
    dUiv+K)ccQ  
    zX{K\yp  
    dq[X:3i  
    ousvsP%'  
    光栅#2 ,;9byb  
    ~ {OBRC  
    wd&Tf R4!  
    mb_*FJB-_  
    QyN<o{\FD!  
    •同样,只考虑此光栅。 9M{z@H/  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 [;yEG$)K  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 7jP C{W  
    假设光栅参数: 2;N)>[3*J  
    •光栅周期:250 nm uzjP!qO  
    •光栅高度:490 nm D0NSzCHx  
    •填充因子:0.5 -)_"7}|u5  
    •n1:1.46 KLi&T mIB  
    •n2:2.08
    k4Ed7T-  
    5lehASBz  
    光栅#2结果 J_) .Hd  
    * 0M[lR0t  
    q))r lMo  
    •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。 2 )oT\m  
    •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。 QEo i9@3  
    •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。 M{:}.H<a  
    uR#aO''  
    c!n\?lB  
    文件信息 8bT]NvCA  
    ^i>Tm9vM  
    #qqIOjS^w  
    z2:^Qg  
    F2jZ3[P  
    QQ:2987619807 l!z)gto  
     
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