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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 正序阅读 楼主  发表于: 2020-09-01
    摘要 tBv3~Of.  
    f3t. T=S  
    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。 7E(%9W6P  
    Pgev)rh[  
    Mj'lASI  
    概述 $?$9y ^\  
    oLP]N$'#  
    G_+Ph^  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 !.X _/$c  
    •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 1J'pB;.]s  
    •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数 n^Vxi;F  
    :l`i4kx  
    ,R}Z=w#  
    }P. K2ku  
    衍射级次的效率和偏振
    4|F#gK5E  
    pyF5S,c  
    _>i|s|aW  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 &-4 ?!  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 8Z!*[c>K-?  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 )UP8#|$#T  
    •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。 df ?eL2v  
    •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。 %A2`&:ip  
    ^K.*.|  
    z5pc3:  
    光栅结构参数 a[i>;0  
    B-dlm8gX  
    Aqu]9M~  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 ]v GgJ<  
    •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 gY%&IHQ'  
    •因此,选择以下光栅参数: _NT[ ~M_Q  
    - 光栅周期:250 nm 48k 7/w\  
    - 填充系数:0.5 ]9@X? q  
    - 光栅高度:200 nm %yvA   
    - 材料n1:熔融石英 7t3X`db  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) z^3Q.4Qc6^  
    o$\tHzB9!A  
    UM`nq;>  
    ctK65h{Eo  
    偏振状态分析 *`1bc'umM;  
    O8[k_0@  
    [ t$AavU.  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 /.2qWQH  
    •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。 "qgu$N4/>  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 =%L@WVbM  
    /sV?JV[t  
    0# l#,Y6#I  
    EIPnm%{1  
    产生的极化状态 oR#my ^  
    Oa1'oYIHg  
    \kyM}5G(<0  
    f,JX"  
    NhCAv +  
    其他例子 hMWo\qM  
    =+4 _j  
    wsI5F&R,  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 Fn> <q:  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 zu C5@jy.x  
    L:i+}F;M)s  
    iU XM( ]  
    EU9[F b]  
    光栅结构参数 *73AAA5LKa  
    kJ__:rS(T_  
    *V-ds8AQ  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 `yx56  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 j6}$+!E  
    •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。 Pfk{=y  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 'xk1o,;  
    ",QPb3  
    d "B5==0I  
    光栅#1 +NT:<(;|i5  
     VmYBa(  
    POY=zUQ'/  
    T1bFxim#b  
    5Fh8*8u6hL  
    •仅考虑此光栅。 6$DG.p  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 aTX]+tBoe  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 G_0)oC@Jl:  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Uqr{,-]5v  
    d _uF Y:  
    )6g&v'dq  
    假设光栅参数: ff[C'  
    •光栅周期:250 nm YY\Rua/nG  
    •光栅高度:660 nm 9[Y*k^.!  
    •填充系数:0.75(底部) @E YK(QS-  
    •侧壁角度:±6° (c<f<D|  
    •n1:1.46 %~G0[fG  
    •n2:2.08 I IYLA(  
    y6\ [1nZ  
    光栅#1结果 \3M1.Q4$Gr  
    O8iu+}]/6  
    ?f9$OLEB  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 uFWvtL?;_  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 EtJD'&  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    -;f+; M  
    A=W5W5l(>  
    `TOX1cmw  
    |KTpK(6p  
    光栅#2 c_t7RWV}  
    |^Ur  
    aK!xRnY  
    [rc'/@L  
    FDl,Ey^r/  
    •同样,只考虑此光栅。 xTGP  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 'H|;%J6d>  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 3b,=  
    假设光栅参数: K7+^Yv\YQx  
    •光栅周期:250 nm 8Er[M  
    •光栅高度:490 nm 6NU8HJp  
    •填充因子:0.5 jt/l,=9YK  
    •n1:1.46 zz[g{[SN  
    •n2:2.08
    t&8<k+m  
    UP5%C;  
    光栅#2结果 AUu5g  
    |3aS17yL>  
    'T6B_9GQ8  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 DS.39NY  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 R%qX_m\0  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 4RlnnXY  
    3x,Aczb  
    |dW2dQ  
    文件信息 [8xeQKp4  
    nl.~^CP  
    zsHG= Ee*  
    lR|$*:+  
    Jii?r*"d  
    QQ:2987619807 AECxd[k$9  
     
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