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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 #&fu"W+D96  
    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。 CS5[E-%}T=  
    ;>;it5 l=  
    @K}h4Yok  
    概述 EJQT\c  
    I_kA!^  
    L GVy4D  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 %Pj}  
    •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。 Z",2db  
    •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  WK@<#  
    pYu6[  
    Q#.E-\=^  
    OdNcuiLa  
    衍射级次的效率和偏振
    uPxjW"M+  
    fO .=i1 E}  
    m6]6 !_  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 ll- KK`Ka  
    •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。 7s!rer>  
    •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)。 rk@qcQR  
    •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。 eH[i<Z  
    •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。 yy&L&v'  
    +P,ic*Kq*  
    m|t\w|B2  
    光栅结构参数 t}?-ao  
    -P&uY`  
    R,=8)OI2  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 ]VE3u_kR  
    •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 /L@6Ae  
    •因此,选择以下光栅参数: ~C>Q+tR8  
    - 光栅周期:250 nm ir>+p>s.  
    - 填充系数:0.5 KaH e(  
    - 光栅高度:200 nm Ap;^ \5  
    - 材料n1:熔融石英 qDhZC*"9#D  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) <RY!Mc  
    (I'{ pF)  
    %+;l|Z{Uf  
     6pfkv2.}  
    偏振状态分析 4FZ/~Y1}  
    v\qyDZVV  
    ! hEZV&y  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 "a33m:]J  
    •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。 [McqwU/Q  
    •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。 5p5"3m;M7  
    W tHJG5  
    g)D@4RM  
    *M0O&"~j  
    产生的极化状态 }9#GJ:x`  
    ; C(5lD&\5  
    D%c^j9' 1  
    +7n vy^m  
    rOO10g  
    其他例子 %g3QE:(2@q  
     yOvV"x]  
    [7[Qw]J  
    •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。 ~ _tK.m3  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 O, :|  
    (n jTS+?  
    pv&iJ7RN  
    Qz%q#4Zb  
    光栅结构参数 =MD)F  
    ?hR0 MnP  
    AN[pjC<  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 cfg.&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。 jUR* |  
    •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。 }1+2&Ps50  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 [;F!\B-  
    2Ur&_c6 P  
    :?m"kh ~  
    光栅#1 Eb63O  
    !8W0XUqh+  
    fb^R3wd$ff  
    589fr"Ma,6  
    =?wDQ:  
    •仅考虑此光栅。 >1]hR)Ip  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 OT6Te&  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 h^`@%g9 S  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 gSyBoY  
    >uQjygjj  
    ui|6ih$+  
    假设光栅参数: qs_cC3"=%=  
    •光栅周期:250 nm Nlwt}7  
    •光栅高度:660 nm bJR\d0Z  
    •填充系数:0.75(底部) 0]]OE+9<c  
    •侧壁角度:±6° *-q &~  
    •n1:1.46 ^nOh 8L;  
    •n2:2.08 O*,O]Q  
    ZC<EPUV(  
    光栅#1结果 0JR)-*  
    '.S02=/  
    Qm"~XP  
    •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。 lb=fS%  
    •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。 mL'A$BR`  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    t U~q4$qqE  
    &G\C[L  
    -HuIz6  
    T-kHk(  
    光栅#2 %]tW2s"  
    CD^@*jH9"  
    US9@/V*2  
    }XpZgd$  
    aYHs35  
    •同样,只考虑此光栅。 wq1s#ag<  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 5b I4' ;  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 EBQ_c@  
    假设光栅参数: ! /|B4Yv  
    •光栅周期:250 nm v{*2F  
    •光栅高度:490 nm }v_|N"@  
    •填充因子:0.5 dpt P(H  
    •n1:1.46 r( wtuD23q  
    •n2:2.08
    n%~r^ C_  
    )fS6H<*  
    光栅#2结果 a_b+RMy  
    !A|}_K1Cr  
    Py+ B 2G|  
    •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。 a8k`Wog  
    •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。 1 un!  
    •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。 t 0p  
    G2@'S&2@s  
    [=Nv=d<[p  
    文件信息 q_BMZEM  
    $,I@c"m{  
    o4z|XhLr  
    3(.Y>er%U  
    Zx6h%l,%  
    QQ:2987619807 "EWq{l_I5$  
     
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