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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 wa(Wit"-  
    &geOFe}R  
    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。 &|'Kut?8  
    6S! lD=  
    +e\:C~2f28  
    概述 :r vO8.\  
    %4r!7X|O<  
    Fu1|b2B-x  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 Tg <>B  
    •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。 )'K!)?&d  
    •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 iP#A-du  
    \K_!d]I {  
    ZaNyNxbp>z  
    lvz:UWo  
    衍射级次的效率和偏振
    Y00i{/a 8  
    |j5A U  
    ^;bGP.!p  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 =An Z>6  
    •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。 `3>)BV<P  
    •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)。 M$>WmG1~D  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 O w($\,  
    •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。 0()9vTY+  
    HhQPgjZ/  
    A\PV@w%A i  
    光栅结构参数 X/;"CM  
    ('o; M:  
    @|\s$L  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 ~qLhZR\g^  
    •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 9/X v&<Tn  
    •因此,选择以下光栅参数: !+*?pq  
    - 光栅周期:250 nm {C0OrO2:  
    - 填充系数:0.5 P`IMvOs&  
    - 光栅高度:200 nm t#D\*:Xi  
    - 材料n1:熔融石英 Tm~#wL +r  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) {7pE9R5  
    RfKxwo|M<  
    v\?\(Y55Y  
    vS*0CR\  
    偏振状态分析 um0}`Xq^  
    <1'X)n&Kw$  
    yS.fe[  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 }&C!^v o  
    •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。 82@;.%  
    •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。 |z<wPJ,;2  
    ^)0{42!]  
    2G:{FY  
    ! ,(bXa\^  
    产生的极化状态 x_H7=\pX]  
    n`I jG  
    OTFu4"]M  
    &<#BsFz  
    M:Y!k<p  
    其他例子 `bi_)i6Low  
    ?=@Q12R)X  
    * SON>BSF  
    •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。 ,IVr4#w0=  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 Mb/6>  
    fdH'z:Xao  
    HS&uQc a  
    A@Yi{&D_Q]  
    光栅结构参数 7rDRu]  
    5tCq}]q#P  
    C2,cyhr  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 Mp @(/  
    •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。 vM3|Ti>a'  
    •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。 Ynh4oWUp  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 wM&x8 <  
    N n-6/]d#  
    fN%5D z-e  
    光栅#1 AU?YZEAei  
    <!HD tN  
    tIy/QN_42  
    .STf  
    [N$_@[  
    •仅考虑此光栅。 ORPl^n-  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 |`D5XRVbi  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ToXFMkwY  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 @U.}Ei  
    d@`:9 G3  
    i.dAL)V  
    假设光栅参数: e =Tc(Mwn  
    •光栅周期:250 nm (Gk]<`d#N  
    •光栅高度:660 nm _j<M}  
    •填充系数:0.75(底部) /g- X=|?F  
    •侧壁角度:±6° 3$G25=eN  
    •n1:1.46 ^EBM;&;7  
    •n2:2.08 {kO:HhUg  
    wU3ica&[   
    光栅#1结果 }~,cCtg:o  
    W oG  
    o|n0?bThS-  
    •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。 8;BwzRtgT  
    •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。 k.R/X  
    •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。
    "ZB`fNE  
    ej53O/hP  
    x3F L/^S  
    jP6G.aiO  
    光栅#2 0$h$7'a  
    Y~ ?YA/.x  
    hfa_M[#Q-  
    jN{xpd  
    X10TZ  
    •同样,只考虑此光栅。 w)SxwlW}  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 -ns a3P  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 U5%]nT"[]  
    假设光栅参数: n8D;6#P^  
    •光栅周期:250 nm JM9Q]#'t  
    •光栅高度:490 nm 8$tpPOhzb  
    •填充因子:0.5 Z"nuO\zH~  
    •n1:1.46 1ucUnNkcV  
    •n2:2.08
    JV{!Ukuyp+  
    EGO@`<"h  
    光栅#2结果 d#,V^  
    r<H^%##,w  
    %ycT}Lu  
    •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。 05zdy-Fb  
    •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。 <.XoC?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。 fBh|:2u  
    U.} =j'Us+  
    5fv6RQD  
    文件信息 =umS^fJ5`  
    T1 .@Tbbt  
    bv"({:x  
    .tZ$a_O  
    /P}tgcs  
    QQ:2987619807 l),13"?C(  
     
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