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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 (-Qr.t_B`  
    Od+nBJ   
    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。 j 6dlAe  
    &e3pmHp'  
    +,zV [\  
    概述 @;X#/dZe  
    0C4Os p  
    i.0d>G><@  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 :0kKw=p1R  
    •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。 %RIlu[J  
    •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 w$0*5n>)  
    (7C$'T-ZK  
    |)OC1=As  
    zgl$ n  
    衍射级次的效率和偏振
    b(~#CHg  
    ~cf)wrP  
    JYnyo$m/  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 (\%J0kR3[  
    •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。 (@NW2  
    •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)。 0v|qP  
    •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。 ]Na;b  
    •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。 N>w+YFM  
    ^ f[^.k$3d  
    I2gSgv%  
    光栅结构参数 >@EwfM4[e  
    {S`Rr/E|%  
    |fY#2\)Yx  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 XO5E-Nh  
    •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 y*E{X  
    •因此,选择以下光栅参数: L>pSE'}  
    - 光栅周期:250 nm c~= {A  
    - 填充系数:0.5 JyePI:B&)j  
    - 光栅高度:200 nm p\}!uS4 (  
    - 材料n1:熔融石英 Of#"nu  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) v 8TNBsEL  
    tILnD1q  
    %reW/;)l{  
    zVis"g`  
    偏振状态分析 f\;f&GI  
    ; hU9_e  
    bYYjP.rcF  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 Yc5<Y-W  
    •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。 0R;`)V\^  
    •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。 orFB*{/Z  
    r;O?`~2'4  
    [6?x 6_M  
    fVYv 2  
    产生的极化状态 88}04  
    oJZ0{^  
    D=B:tP  
    &zPM# Q  
    Q'[~$~&`  
    其他例子 9y*(SDF  
    +!t *LSF  
    <)+;Bg  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 xOZvQ\%  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 7o-}86x#  
    wKJK!P  
    v%QC p  
    )5TX3#=;(G  
    光栅结构参数 R(2MI}T  
    n&8N`!^o  
    xRF_'|e  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。  c70B  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 E8o9ufj3  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 tfv@ )9  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 (JiEV3GH  
    >P6U0  
    SNV;s,  
    光栅#1 ve4 QS P  
    !)c0  
    R~bLEo  
    (; Zl  
    2Mu(GUe;  
    •仅考虑此光栅。 U27ja|W^  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 |h:3BV_  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 =OR&,xt  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 l> >BeZ  
    &jDRRT3  
    ,-> P+m5  
    假设光栅参数: Fh)YNW@  
    •光栅周期:250 nm ) |hHbD^V  
    •光栅高度:660 nm 4;w# mzd  
    •填充系数:0.75(底部) .|K\1qGW0  
    •侧壁角度:±6° 87nsWBe  
    •n1:1.46 dRTpGz  
    •n2:2.08 U9AtC.IG!  
    (7v`5|'0  
    光栅#1结果 J1Y3>40  
    4W+nS v  
    y)Lyo'`  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 /h@rLJ)o>  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 Rh7=,=u  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    Sq 2yQSd  
    N?Ss/by8Sg  
    i4 tW8 Il  
    X .S8vlb4z  
    光栅#2 n]btazM{  
    Fw;Y)y=O  
    +z\O"zlj  
    W&^2Fb  
    yDw^xGws  
    •同样,只考虑此光栅。 L G9#D  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 II_MY#0X  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Xgm9>/y  
    假设光栅参数: o6;VrpaNi  
    •光栅周期:250 nm &nZ.$UK<  
    •光栅高度:490 nm )^'wcBod,  
    •填充因子:0.5 >JhIRf  
    •n1:1.46 Z8Clm:S  
    •n2:2.08
    YJwz*@l  
    6UJBE<ntj  
    光栅#2结果 e3>k"  
    KBGJB`D*  
    k4 %> F  
    •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。 G,i%:my7  
    •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。 ,K[B/tD{j  
    •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。 ^SRa!8z$W  
    z'X_ s.9F  
    8JAT2a61ur  
    文件信息 #$%gs]  
    -.WVuc`  
    -/&6}lD  
    `o*g2fW!  
    Dy^4^ J5+  
    QQ:2987619807 3/@'tLtN  
     
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