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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 6:@t=C  
    h;ol"  
    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。 n:^"[Le  
    Fx[A8G  
    @+\S!o3m  
    概述 jle%|8m&@  
    Gz[ym j)5  
    NzeI/f3K5  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ,F`KQ )\"  
    •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。 \abAPo  
    •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 ueE?"Hk  
    Y7:Y{7E7  
    ^`jZKh8)h  
    O{B e )E~  
    衍射级次的效率和偏振
    }$0xt'q&  
    @( n^S?(  
    s*)41\V0  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 >: W-C{%  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 C7jc6(> m  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 pg?i F1  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 te\h?H  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 D-o7yc"K  
    hM36QOdm  
    jI{~s]Q  
    光栅结构参数 Tn@UX(^,  
    {KU.  
    ?9(o*lp  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 da00p-U  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 aW=By)S!Y  
    •因此,选择以下光栅参数: ;Y@!:p- H  
    - 光栅周期:250 nm W8G9rB|T  
    - 填充系数:0.5 4{*tn"y  
    - 光栅高度:200 nm SvX=isu!.  
    - 材料n1:熔融石英 oTF^<I-C  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) 0~Iu7mPY  
    ]<8B-D?Z  
    q?imE~&U  
    jNe(w<',P  
    偏振状态分析 [:nx);\  
    "xDx/d8B  
    B=Zl&1  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 jJ*@5?A  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 ^nHB1"OCV  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 (2 T#/$  
    e}'#Xv  
    A$%Q4jC}  
    "K|)<6J  
    产生的极化状态 #cj\~T.,,  
    9^ >M>f"  
    x7P([^i  
    o~v_PD[S  
    k]SAJ~bS|  
    其他例子 y:[BP4H?y  
    ex` xkZ+  
    . ]o3A8  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 zH)cU%I@.  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ~9JW#HHzn  
    IPl@ DH  
    2qZa9^}  
    lQV|U;~D  
    光栅结构参数 ;YK!EMM4!h  
    K<@[_W+  
    AIZW@Nq.5  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 H+4=|mkQ  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 \8;Qv  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。  }Vvsh3  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ^ckj3Y#;  
    rQ9*J   
    jW-;4e*H=V  
    光栅#1 T)WZ_bR  
    S5i+vUI8C  
    s1X]RXX&j  
    I2TD.wuIW  
    rr|"r  
    •仅考虑此光栅。 kWB, ;7  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 <jbj/Q )"  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 cu[!D}tVU  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 NTqo`VWe  
    W8f`J2^"M  
    2HcsQ*H] G  
    假设光栅参数: ^C!mCTL1N  
    •光栅周期:250 nm \ ,>_c  
    •光栅高度:660 nm c{1V.  
    •填充系数:0.75(底部) 3c c1EQ9  
    •侧壁角度:±6° 8@E8!w&~  
    •n1:1.46 ; D1FAz  
    •n2:2.08 f#@S*^%V$  
    h^}_YaT\  
    光栅#1结果 }<vvxi  
    mO#I nTO  
    D9ANm"#  
    •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。 9160L qY  
    •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。 <5dH *K  
    •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。
    _1sP.0 t  
    |5W8Q|>%  
    i-`,/e~XT  
    l;Q >b]DZ  
    光栅#2 ~eDI$IO  
     AlO,o[0  
    #C4|@7w%  
    {={^6@  
    Q~phGD3!~  
    •同样,只考虑此光栅。 Q/p(#/y#b  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 yL.^ =  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 l$F_"o?&S@  
    假设光栅参数: My. dD'C  
    •光栅周期:250 nm DB#$~(o  
    •光栅高度:490 nm +4Q[N;[+*  
    •填充因子:0.5 *2`:VFEV  
    •n1:1.46 Qh^R Ax  
    •n2:2.08
    zt?h^zf}  
    s}wO7Df=+  
    光栅#2结果 !Q!&CG5l  
    7R: WX:  
    [eyb7\#   
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 6#E7!-u(-  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 ;d4 y{  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 `mrCu>7  
    D3y>iQd   
    TFO74^  
    文件信息 %VWp&a8  
    x@Y|v@}BE  
    /u=aX  
    Rs2-94$!5  
    y`rL=N#  
    QQ:2987619807 mf}\s]_c  
     
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