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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 5Jo'h]  
    o4p5`jOG@  
    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。 W,[ RB  
    4A@HR  
    RL4|!HzR  
    概述 Z0Sqw  
    (E0WZ $f}  
    h>!h|Ma  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 []@@  
    •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。 MXaik+2  
    •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 e">&B]#}  
    0x~+=GUN  
    _'cB<9P  
    9e`};DE   
    衍射级次的效率和偏振
    9ad)=3A&L  
    3y.+03 W  
    _UTN4z2aTG  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 x~}&t+FK  
    •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。 ^Ak?2,xB#+  
    •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)。 uq]=L  
    •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。 k:?)0Uh%^  
    •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。 IrYj#,xJ  
    {H,O@  
    $Mg O)bH  
    光栅结构参数 >6Pe~J5,:  
    GjwH C{  
    c=tbl|Cq  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 +I uu8t  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 ^!^M Gzu  
    •因此,选择以下光栅参数: vX>{1`e{S  
    - 光栅周期:250 nm ;Lfn&2G  
    - 填充系数:0.5 >uZc#Zt  
    - 光栅高度:200 nm vUbgSI  
    - 材料n1:熔融石英 G!VEV3zT  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) D6lzc f  
    8zMGpY#  
    " l|`LjP5M  
    ep3VJ"^  
    偏振状态分析 3. dSS  
    F6 ~ ;f;  
    FUSe!f  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 {=?[:5  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 |(tl a_LE  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 <=|^\r !}&  
    pWE(?d_M{G  
    =k d-rIBc  
    O6$,J1 2l  
    产生的极化状态 y`m0/SOT  
    uDG>m7(}/h  
    b' ^<0c  
    U= GJuixy  
    5I[:.o0  
    其他例子 b&E"r*i|  
    eptw)S-j  
    D@X"1X!F`G  
    •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。 9E5*%Hu_  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ._p2"<  
    >P(.yQ8&kL  
    z+oy#p6+F.  
    19R~&E's  
    光栅结构参数 ~b *|V  
    q}jh>`d  
    fif'ptK  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 7?g({]  
    •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。 LsGO~EiJ  
    •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。 `yl|N L  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 H;a) `R3  
    21<Sfsc$  
    SefF Ci%4  
    光栅#1 -h|[8UG^b  
    g@O?0,+1  
    rvhMu}.  
    66B,Krz1n  
    )X*_oH=  
    •仅考虑此光栅。 (oCpQDab@  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 ,*V%  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 rUV'DC?eE  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 MsIaMW_  
    k=d _{2 ~  
     fZap\  
    假设光栅参数: &<&eKq  
    •光栅周期:250 nm ErA*a3  
    •光栅高度:660 nm qMVuBv  
    •填充系数:0.75(底部) 3&[d.,/  
    •侧壁角度:±6° LD WYFOGQ  
    •n1:1.46 FN26f*/  
    •n2:2.08 Zl# ';~9W  
    `|nJAW3  
    光栅#1结果 g]MgT-C|  
    WuWOC6^  
    @QpL*F  
    •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。  R'_F9\  
    •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。 LCIe1P2  
    •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。
    l9%ckC*q  
    asvM/ 9  
    l:~ >P[  
    dZkKAK:v  
    光栅#2 d@ZXCiA},  
    hE\gXb  
    'g<FL`iP  
    W>CG;x{  
    ;&w_.j*Is  
    •同样,只考虑此光栅。 jX$U)O  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 KCa @0  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 J8@bPS27q  
    假设光栅参数: {^:i}4ZRl  
    •光栅周期:250 nm +:C.G[+  
    •光栅高度:490 nm W+V &  
    •填充因子:0.5 (L1O;~$  
    •n1:1.46 !8 l &%  
    •n2:2.08
    B.Z5+MgM  
    @v6{U?  
    光栅#2结果 >A L^y( G  
    ;;^?vS  
    ygV-Fv>PQ  
    •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。 "5sUE!)f  
    •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。 N4yQ,tG>aa  
    •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。 |M?VmG/6  
    apxq] ! `  
    {oo(HD;5  
    文件信息 68qCY  
    KAy uv  
    J rYL8 1  
    FSZ :}Q  
    Hs.5@l  
    QQ:2987619807 =p8iYtI  
     
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