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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 78't"2>  
    fg1_D  
    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。 "?E>rWz  
    w>M8 FG(4]  
    8RC7 Ei  
    概述 ~4YU  
    ~Xa8\>  
    I8=p_Ie  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 EN^C'n  
    •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。 tY=sl_  
    •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 V> K sbPqR  
    We]mm3M3  
    MH;5gC@ `  
    \%fl`+`  
    衍射级次的效率和偏振
    RLkP)+t  
    uZ}=x3B  
    *z-Mr~ V  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 $6~ J#;  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 6 Fz?'Xf  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 te e  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 ,r<!30~f  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 34lt?6%j  
    FM\yf ]'  
    {%WQQs  
    光栅结构参数  c=? =u  
    qi!Nv$e  
    q.]>uBAQ?  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 Sl@$  
    •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 h`X>b/V  
    •因此,选择以下光栅参数: o' U::  
    - 光栅周期:250 nm [gK (x%  
    - 填充系数:0.5 c#l W ?  
    - 光栅高度:200 nm +k=BD s  
    - 材料n1:熔融石英 h*J=F0KM  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) *uJcB|KX  
    o#wDA0T  
    S%ULGX:@ga  
    7]}n 0*fe  
    偏振状态分析 I7!+~uX  
    1k&**!S]%  
    }cDw9;~D  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 m:EO}ws=  
    •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。 yQ5F'.m9e  
    •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。 * !4r}h`  
    <w@ziUr  
    {pEay|L_  
    0 t.'?=  
    产生的极化状态 :G+8%pUX]  
    y#%*aV}|B  
    :_ _z?<?(  
    [ 0? *J<d  
    F' eV%g  
    其他例子 &PJ&XTR  
    a`]Dmw8@  
    ;| (_;d  
    •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。 ruMS5OqM  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 >fCz,.L  
    N_AAhD  
     \*5`@>_  
    /yRP>CX~  
    光栅结构参数 83rtQ ;L  
    E+>$@STv#  
    fTn  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。  "u#T0  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 9 gt$z}oU  
    •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。 \>}G|yL  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 &O0@)jIV  
    }= )  
    {<\[gm\X  
    光栅#1 :a YbP,mE  
    ,MH9e!  
    6pyLb3[e  
    njO5 YYOu  
    nJEm&"AI  
    •仅考虑此光栅。 ,yZvT7  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 y[ikpp#ozY  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 xj/Iq<'R*O  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 0(+3w\_!  
    | Vl Q0{  
    $JH_  
    假设光栅参数: s,KE,$5F   
    •光栅周期:250 nm La$*)qD,  
    •光栅高度:660 nm ?f9@  
    •填充系数:0.75(底部) Xi^#F;@sU  
    •侧壁角度:±6° Qw&It  
    •n1:1.46 q|Oz   
    •n2:2.08 |2oCEb1  
    =&kd|o/i  
    光栅#1结果 F(?A7  
    e -sZ_<GH  
    Yv}V =O%  
    •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。 ryk(Am<  
    •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。 9eA2v{!S  
    •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。
    7od6`k   
    qXI>x6?*  
    Vn4y^_H  
    ]{mz %\  
    光栅#2 Hchh2  
    GqYE=Q  
    I-=H;6w7  
    "YUh4uZ~P  
    ,U-aZ  
    •同样,只考虑此光栅。 P5vxQR_*lc  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 jHP6d =  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 zOV.cI6fZz  
    假设光栅参数: !N, Oe<  
    •光栅周期:250 nm 5Z2tTw'i  
    •光栅高度:490 nm qB%?t.k7  
    •填充因子:0.5 Tc{n]TV  
    •n1:1.46 FZUN*5`  
    •n2:2.08
    @wzzI 7}C  
    OPYl#3I  
    光栅#2结果 5]c'n  
    U6 4WTS@  
    _[eAA4h  
    •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。 p5 !B  
    •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。 JjD'2"z  
    •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。 7'pmW,;  
    o.)8  A8  
    -!p +^wC  
    文件信息 ^e<"`e  
    aGUKpYF  
    , [V#o-Z  
    9GH11B_A  
    Xm#E99  
    QQ:2987619807 tEj-c@`"x-  
     
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