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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 TnAX;+u  
    H.K`#W&  
    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。 YJsi5  
    IQv>{h}  
    F x8)jBB_  
    概述 7?#32B Gr  
    n/D]r  
    ;wB  3H  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 I%xJ)fIK  
    •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。 &|] ^ u/  
    •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 mr.DP~O:9p  
    4/_|Qy  
    P://Zi6>  
    _gh7_P^H=d  
    衍射级次的效率和偏振
    PCjY,O  
    @kymL8"2w  
    j]SkBZgik  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 7C^ nk z  
    •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。 px@\b]/  
    •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)。 B[50{;X  
    •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。 PD4E& k  
    •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。 49GCj`As  
    cIjsUqKa  
    ObzlZP r@  
    光栅结构参数 1fZ:^|\  
    H)tDfk sq\  
    K(S/D(\ FL  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 K4~O x  
    •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?cw9uYB  
    •因此,选择以下光栅参数: ?Q2pD!L{  
    - 光栅周期:250 nm q#Vf2U55m  
    - 填充系数:0.5 !f 6  
    - 光栅高度:200 nm lX3h'h  
    - 材料n1:熔融石英 *6tN o-)^  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) qC1@p?8$  
    ]9Hy "#Fz  
    :~Y$\Ww(~  
    ow "Xv  
    偏振状态分析 7/L7L5h<  
    T:$_1I $  
    wP*Z/}Uum+  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 3FN? CN] 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。 VWa(@ A  
    •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。 d .A0(*k,  
    -f=hL7NW  
    Lw`\J|%p  
    |sz9l/,lG  
    产生的极化状态 |{T2|iJI  
    A$cbH.  
    @AOiZOH  
    HenJlo  
    >.|gmo>b  
    其他例子 *b EsWeP  
    :F&WlU$L  
    "f_Z.6WMY  
    •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。 t=AR>M!w~  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 tUQ)q  
    ZtVa*xl  
    yhaYlYv[_3  
     s25012  
    光栅结构参数 1oPT8)[U  
    +zsya4r  
    e+wd>iiB  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 F*f)Dv$p  
    •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。 . +>}},  
    •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。 _q 8m$4  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 DZue.or  
    }kpkHq"`f  
    uZ+<  
    光栅#1 bb{+  
    @_{"ho  
    (yfTkBy  
    D6w0Y:A{.  
    T (qu~}  
    •仅考虑此光栅。 9!LAAE`  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 \IKr+wlN8  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 7F.,Xvw&@  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 :"4~VDu  
    Zu,f&smb  
    [C$ 0HW  
    假设光栅参数: ,P}c92;  
    •光栅周期:250 nm W4<}w-AoEp  
    •光栅高度:660 nm +-hmITJ v  
    •填充系数:0.75(底部) P]n ' q  
    •侧壁角度:±6° <  -Nj  
    •n1:1.46 Gsb]e  
    •n2:2.08 Ot?rsr  
    !ZRV\31%  
    光栅#1结果  X_lNnk  
    DxlX-  
    ]9' \<uR  
    •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。 SZ_hGD0  
    •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。 <$ 5\^y,V  
    •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。
    DcOLK\  
    b}fH$.V@  
    '&9b*u";x(  
    b|NEU-oy  
    光栅#2 <x/&Ml+  
    &~i1 @\]  
    R:Lu)d>=  
    KvQ9R!V  
    /W9=7&R0  
    •同样,只考虑此光栅。 %X3T<3<  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 7$'ja  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 @bZb#,n]  
    假设光栅参数: fc91D]c  
    •光栅周期:250 nm wNlp4Z'[  
    •光栅高度:490 nm }sFHb[I &  
    •填充因子:0.5 1W U-gQki!  
    •n1:1.46 i |t$sBIh  
    •n2:2.08
    iY="M_kQ_  
    R$q:Ct  
    光栅#2结果 %vW@_A~  
    kW"N~Xw)  
    !59q@M ya[  
    •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。 '>Z Ou3>  
    •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。 Cd4G&(=  
    •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。 -{dw Ll_  
    >">-4L17m  
    zR%#Q_  
    文件信息 r_QWt1K  
    c5JxKU_  
    7>#74oy  
    d2pVO]l YZ  
    .mMM]*e[0  
    QQ:2987619807 #<{sP 0v*  
     
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