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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 _4o2AS:j  
    nX5*pTfjL3  
    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。 h\'GL(?DBI  
    10}oaL S  
    qS&PMQ"$  
    概述 .`Z{ptt>  
    tt[P{mMQ  
    -_uL;9r  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 B_hob  
    •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。 Qu!\Cx@  
    •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 |rdG+ >  
    *Vfas|3hZI  
    au"HIyi?k  
    P)1@HDN==  
    衍射级次的效率和偏振
    kjaz{&P  
    dwrc"GK!o  
    \2_>$:UoV  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 "x\3`Qk  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。  =e$ #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)。 Q)#<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。 *Q!b%DIa$  
    •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。 6 $ IXER  
    ~(aq3ngo.  
     cD0  
    光栅结构参数 wrqdQ} @(  
    yel>-=Vn  
    sB0+21'R  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 C^n L{ZP,  
    •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 *Z{$0K  
    •因此,选择以下光栅参数: WcH^bAY6  
    - 光栅周期:250 nm ujz %0Mq;  
    - 填充系数:0.5 6sP;O,UX  
    - 光栅高度:200 nm NnHwk)'  
    - 材料n1:熔融石英 R%#c~NOO  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) 0p2 0Rt  
    '0t j2  
    X'k w5P!sq  
    =7e8N&-nv  
    偏振状态分析 !-N!8 0  
    |o!<@/iH=  
    "b1_vA]03  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 EHzZ9zH\  
    •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。 `b\4h/~  
    •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。 IC}zgvcW  
    {q}: w{x9u  
    Ku&(+e  
    {_q2kk  
    产生的极化状态 uXhp+q\  
    ` 4k;`a  
    2~ 'Q#(  
    $35Oyd3s<  
    +ixDB0"\  
    其他例子 !?l 23(d  
    1c}'o*K_%  
    -g@pJ^>:  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 z?  {#/  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 Ev^Xs6 }"  
    dt5gQ9(B  
    Ys<wWfW  
    [")0{LSA=  
    光栅结构参数 yBl<E$=  
    y.O? c &!  
    \]9;c6(  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 92SB'T>  
    •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。 VqbiZOZ@  
    •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。 wZC'BLD  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 s]I],>}RU  
    PN'8"8`{  
    }2\"(_  
    光栅#1 #-@{rgH  
    -"cN9RF  
    [ =9R5.)c  
    $< aBawLZO  
    CD[7h  
    •仅考虑此光栅。 ^#=L?e  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 7q\c\qL  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 p0tv@8C>  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 $(NfHIX  
    {$EXI]f  
    4/h2_  
    假设光栅参数: ;T_9;RU<'b  
    •光栅周期:250 nm !e7vc[N  
    •光栅高度:660 nm .Yf h*  
    •填充系数:0.75(底部) %/^d]#  
    •侧壁角度:±6° -0]aOT--  
    •n1:1.46 RhJ<<T.2  
    •n2:2.08 }Sh-4:-D  
    2Z97Tq  
    光栅#1结果 tS9m8(Hr%Q  
    $` oA$E3  
    srSTQ\l4  
    •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。 1]<!Xuk^f  
    •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。 B.WJ6.DkS  
    •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。
    "/ "qg  
    oF>GWst TR  
    q-RGplx  
    %*gO<U4L]  
    光栅#2 #<~f~{x  
    XMdc n,  
    |u+&xX7  
    yjr@v!o  
    a(7ryl~c=  
    •同样,只考虑此光栅。 NV gLq@F  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 <-?B#  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Z\L@5.*ydE  
    假设光栅参数: Z-<u?f8{*  
    •光栅周期:250 nm ##5/%#eZ  
    •光栅高度:490 nm $W?XxgkB?  
    •填充因子:0.5 Ocb2XEF  
    •n1:1.46 BNy"YK$  
    •n2:2.08
    ,YY#ed&l  
    H94.E|Q\+  
    光栅#2结果 d"78:+  
    HDEG/k/~m  
    9,W-KM  
    •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。 K$.zO4  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 md`ToU  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 /OP*ARoC21  
    e ?YbG.(E9  
    X2`>@GR/>  
    文件信息 f+920/>!Z  
    -b$OHFL  
    caP  
    |FFC8R%@]u  
    d.AjH9 jg  
    QQ:2987619807 (*ng$z Z$  
     
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