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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 b)tvXiO1>  
    PqZMuUd  
    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。 =X'i^Q  
    zB kS1qMn  
    Po#;SG#Ee  
    概述 ,b%T[s7  
    I9-vV>:z  
    5zWxI]4d\  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 Z?kLAhy!  
    •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。 :UGc6  
    •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{U``LV  
    ( 6|S42  
    (,#Rj$W  
    {+_ pyL  
    衍射级次的效率和偏振
    E"ijNs  
    ;I1}g]  
    EbZRU65J}O  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 Av:5v3%  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 fgVeB;k|  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。  c %w h  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 (vMC.y5  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 R}'kF63u*  
    "E =\Vz  
    Bvj-LT=)  
    光栅结构参数 r<,W{Va  
    484lB}H  
    o7' cC?u  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 [HGGXgN  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线  P#m/b<  
    •因此,选择以下光栅参数: }>Gnp c  
    - 光栅周期:250 nm eY^;L_7}p  
    - 填充系数:0.5 E$"( :%'v  
    - 光栅高度:200 nm BQq,,i8H  
    - 材料n1:熔融石英 *u^N_y  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) u;rK.3o  
    Ao~ZK[u  
    ]@)T]  
    +Bk" khH  
    偏振状态分析 5|&8MGW-$  
    )y&}c7xW  
    ij i<+oul  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 (ds-p[`[m  
    •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。 g"gh2#!D  
    •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。 N% /if  
    %upnXRzw  
    0O+[z9  
    p_T>"v  
    产生的极化状态 >Q':+|K}  
    Ej\EuX  
    1~/?W^ir  
    2gLa4B-  
    'wB6-  
    其他例子 d1$3~Xl]  
    7DaMuh~<  
    PI@/jh  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 A??(}F L  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 h&d%#6mB  
    foY=?mbL  
    <8Y;9N|94!  
     Gh;Ju[6  
    光栅结构参数 9i4!^DM_  
    Pl(+&k`}  
    IH|PdVNtg  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 %H OMX{~}#  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 am;)@<8~Q  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 wT/TQEgz  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 z<2!|  
    8l,`~jvU!*  
    (`h$+p^-y  
    光栅#1 gx+bKGB`  
    OL+dx`Y  
    3J t_=!qlo  
    V?"X0>]0  
    g}HB|$P7  
    •仅考虑此光栅。 oL?(; `"&  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 e45gjjts  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 bH+x `]{A  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 =*EIe z*.x  
    jM`)N d  
    ($a ?zJr  
    假设光栅参数: c"qaULY  
    •光栅周期:250 nm ~<b/%l>h1  
    •光栅高度:660 nm ]iu}5]?)  
    •填充系数:0.75(底部) (bEX"U-  
    •侧壁角度:±6° `CCuwe<v  
    •n1:1.46 a#H2H`%  
    •n2:2.08 yU* upQ  
    |GPR3%9  
    光栅#1结果 QP/6N9/  
    ="E^9!  
    ;{1J{-EA  
    •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。 VrL==aTYXs  
    •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。 BQYj"Wi  
    •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。
    huh-S ,M  
    "E`;8SZa  
    9=,^^,q  
    /*g9drwaa  
    光栅#2 xs<~[l  
    [e1kfw  
    4R_Vi[i  
    jDI)iW`P  
    Z4YQ5O5  
    •同样,只考虑此光栅。 '[u=q -Lv  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 sj;8[Xy's  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Q `$Q(/  
    假设光栅参数: aoNTRJ c$  
    •光栅周期:250 nm VAkZ@ u3'~  
    •光栅高度:490 nm 3$Ecq|4J:  
    •填充因子:0.5 >r Nff!Ow  
    •n1:1.46 vfID@g`!q+  
    •n2:2.08
    z;Pr] *F  
    /8!s C D  
    光栅#2结果 ?Y6MC:l<  
    oK3uGPi  
    bu`8QQ"C  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 En@] xvE  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 <^:e)W  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 3Cq/ o'  
    @V$,H/v:  
     =[Lo9Sg  
    文件信息 -fF1vJ7L  
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    QQ:2987619807 tPO\e]  
     
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