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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 g G~UsA  
    HeNg<5v%Y  
    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。 MY4cMMjp~  
    ,>`wz^z  
    g"hm"m}i  
    概述 _CciU.1k&,  
    .1[K\t)2  
    M7fw/i  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 M{3He)&  
    •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。 "S_t%m&R  
    •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 ;6U=fBp7<  
    +/-#yfn!TR  
    O9dIobu4  
    V[5-A $ft  
    衍射级次的效率和偏振
    j0Kj>  
    I|n<B"Q6^  
    GFYAg  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 75jq+O_:  
    •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。 /al(=zf  
    •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)。 7^ITedW@  
    •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。 jL6u#0  
    •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。 SQ1.jcWW[  
    `QnKal)  
    O3j:Y|N@F  
    光栅结构参数 C*,-lk0b@  
     .]k+hc`  
    B ;9^  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 $ [by)  
    •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 /![S 3Ol  
    •因此,选择以下光栅参数: -shS?kV  
    - 光栅周期:250 nm kBS;SDl)  
    - 填充系数:0.5 x$[<<@F%  
    - 光栅高度:200 nm %r=uS.+hrF  
    - 材料n1:熔融石英 2+s_*zM-  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) N)RyRR.x1.  
    `kpX}cKK}  
    " 2Dz5L1v  
    q?nXhUD  
    偏振状态分析 Q&opnvN  
    <%8j#@OdZ  
    _[<R<&jG  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 j#f+0  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 w-C ~ Ik  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 GLp2 ?fon  
    ryB^$Kh,,  
    o8-BTq8  
    r/$+'~apTk  
    产生的极化状态 w9rwuk  
    GvF8S MO[x  
    J}c57$Z  
    1XSA3;ZEc  
    9z$]hl  
    其他例子 #v0"hFOH,  
    X,C&nqVFm8  
    ?l! L )!2  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 I= G%r/3  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 :9Zu&t  
    /;-KWu+5=  
    \V  /s  
    %6+J]U  
    光栅结构参数 4EQ7OGU  
    X6kB R  
    Q&] }`Rp=  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 7F5 t&  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 !C * %,Ak  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 1t_$pDF}  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 lTY%,s  
    dIQ7u  
    "nPmQ  
    光栅#1 O#  .^}  
    @kvgq 0ab  
    ` wuA}v3!  
    %_0,z`f  
    O<Qa1Ow7f  
    •仅考虑此光栅。 v_)a=I%o&2  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 JZ  Qkr  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 S(9Xbw)T  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 R $HI JM  
    "D}PbT[V  
    fu?5gzT+b  
    假设光栅参数: b Gq0k&  
    •光栅周期:250 nm )f-ux5  
    •光栅高度:660 nm z`qBs  
    •填充系数:0.75(底部) X0 O0Y>"  
    •侧壁角度:±6° ;>QED  
    •n1:1.46 F, Y@  
    •n2:2.08 AFcsbw  
    iDt^4=`  
    光栅#1结果 @qmONQ eb  
    P*oKcq1R  
    _ I8L#4\(=  
    •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。 o90SXa&l/  
    •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。 Zx,R6@l  
    •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。
    AWHB^}!}  
    ZHUA M59bx  
    4d4le  
    ^wPKqu)^  
    光栅#2 '\\dh  
    RBIf6oxdE  
    P1;T-.X~&  
    V#.;OtF]  
    }^Be^a<ub  
    •同样,只考虑此光栅。 Z)EmX=  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 bq[j4xH0X  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ;<`F[V Zau  
    假设光栅参数: J;h4)w~9H3  
    •光栅周期:250 nm z"*X/T  
    •光栅高度:490 nm XIh2Y\33ys  
    •填充因子:0.5 ez=$]cln  
    •n1:1.46 })!d4EcZf  
    •n2:2.08
    4b=hFwr[?  
    hO(8v&ns3  
    光栅#2结果 n"vl%!B  
    ^ AxU  
    zqfv|3-!}  
    •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。 ,X(P/x{B  
    •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。 -Bbg'=QZa  
    •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。 *6^|i}  
    wLC!vX.S  
    {Md xIp[  
    文件信息 Nv "R'Pps  
    UMwB.*  
    | qtdmm  
    "}Kvx{L8  
    fiz2544  
    QQ:2987619807 ;8/w'oe *j  
     
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