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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 E{P|)`,V  
    ; )@~  
    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。 M!D3}JRm  
    ` 7V]y -  
    <}9lZEqY  
    概述 Ean5b>\  
    ],Do6 @M-  
    4O!ikmY:t  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 srrgvG,  
    •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。 v;D~Pa  
    •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 @Z:l62l=bE  
    T!)(Dv8@F  
    MeZf*' J  
    VQOezQs\  
    衍射级次的效率和偏振
    '3^'B0 3  
    Ry6@VQ"NLb  
    $Ri; ^pZw[  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 a~y'RyA  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 B>P{A7Q  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 &7tbI5na@  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 DT&@^$?  
    •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。 5vnrA'BhBU  
    N6i Q8P -  
    gT6jYQ  
    光栅结构参数 {9.|2%a  
    lA8`l>I  
    UH"%N)[  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 CB}2j  
    •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 [FR`Z=%  
    •因此,选择以下光栅参数: `*1p0~cu  
    - 光栅周期:250 nm j3E7zRm] \  
    - 填充系数:0.5 T</F 0su|  
    - 光栅高度:200 nm Qj3EXb  
    - 材料n1:熔融石英 :& ."ttf=  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) 89(Q1R ?:  
    Z=vU}S>r|v  
    =]0&i]z[.  
    /hyN;.hpOO  
    偏振状态分析 Zp=U W*g^  
    ][Rh28?I{  
    z*% q@]ym  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 g{&ui.ml&  
    •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。 gV_}-VvP  
    •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。 oe-\ozJ0  
    amY!qg0P*  
    St*h>V6  
    ~oY^;/ j  
    产生的极化状态 "@2-Zdrr1<  
    *u;Iw{.{  
    .U]-j\  
    1=Z0w +v{  
    ;>7De8v@@  
    其他例子 v mk2{f,g  
    *VT/  
    /f;~X"!  
    •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。 h2fNuu"  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 k\?Ii<m  
    Qq|57X)P*  
    k~nBiV  
    JDT`C2-Q  
    光栅结构参数 BLD gt~h#  
    9p(. A$  
    7J<5f)  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 JIq=* '  
    •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。 $yNS pNmT0  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 c\AfaK^KF  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 C]A.i2o8  
    A2Gevj?F$  
    [`7ThHX  
    光栅#1 zy }$i?  
    ^k9I(f^c-_  
    @E|}Y  
    eehb1L2(b  
    2[02,FG  
    •仅考虑此光栅。 9'bwWBf7  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 +52{-a,>  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 0n{=%Q  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 P/_['7  
    @~a%/GQ#n*  
    9x =Y^',5  
    假设光栅参数: TOQP'/   
    •光栅周期:250 nm TuaBm1S{f  
    •光栅高度:660 nm NTs aW}g  
    •填充系数:0.75(底部) $6poFo)U+  
    •侧壁角度:±6° nAdf=D'P  
    •n1:1.46 |&i<bqLw:  
    •n2:2.08 t"oeQ*d%  
    .%  
    光栅#1结果 kE1TP]|  
    U&qZ"  
    ?%[jR=w  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 ysY*k`5  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 fe_5LC"  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    ab?aQ*$+  
    x7 ,5  
    }Jj}%XxKs  
    6(-N FnT  
    光栅#2 %d9uTm;  
    O0H.C0}  
    FfT`;j  
    (TT}6j  
    Ml-6OvQ7g  
    •同样,只考虑此光栅。 c@L< Z`u  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 ;Q`lNFa  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 (CWtLi"z  
    假设光栅参数: HJ.-Dg5U  
    •光栅周期:250 nm =[7Av>  
    •光栅高度:490 nm 4;2uW#dG"  
    •填充因子:0.5 JNnDts*w  
    •n1:1.46 g *+>H1}  
    •n2:2.08
    sc#qwQ#  
    5*u+q2\F  
    光栅#2结果 \1M4Dl5!  
    'PW5ux@`<  
    `C'H.g\>2Q  
    •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。 U- k`s[dv  
    •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。 +X 88;-  
    •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。 IO<6  
    nKj7.,>;:<  
    2&J)dtqz  
    文件信息 YKK*ER0  
    -X6PRE5a2  
    ]JQULE)  
    b4Ekqas  
    BDQsP$'6QT  
    QQ:2987619807 4 s9LB  
     
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