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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 \SJX;7 ST  
    *m'&<pg]X  
    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。 P|;v>  
    h54\ \Ci  
    M@pF[J/  
    概述 |uM=pm;H  
    m&MZn2u[4i  
    6>'>BamX  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 *oh,Va  
    •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。 &TN.6Hm3  
    •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 SEM- t   
    !<h-2YF<M  
    4~d:@Gmk&  
    I3ugBLxVC3  
    衍射级次的效率和偏振
    A`I1G9s  
    S} &1_I  
    vcP_gJz  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 & }_tALg  
    •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。 kWC xc0  
    •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)。 Jg.^h1>x  
    •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。 mF>{cVTF  
    •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。 l5enlYH  
    LZJFp@  
    OskQ[ e0  
    光栅结构参数 5VGZ5,+<<  
    ciCQe]fS  
    vU#>3[aC  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 }fhGofN$e  
    •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 K8v@)  
    •因此,选择以下光栅参数: 0/~{,  
    - 光栅周期:250 nm L*{E-m/  
    - 填充系数:0.5 :?)q"hE  
    - 光栅高度:200 nm HoZsDs.XZ  
    - 材料n1:熔融石英 0.U- tg0  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) $A98h -*x  
    8(!?y[  
    &i *e&{L7  
    @|d`n\%x  
    偏振状态分析 kr44@!s+'  
     {C%f~j  
    e,*@+E\4  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 Jg6@)<n  
    •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。 ]1q`N7  
    •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。 Ed#Hilk'  
    NU 3s^ 8\(  
    0.^67'  
    }#Kl6x  
    产生的极化状态 i~{0>"9  
    |O*?[|`H  
    G~f|Sx  
    VH~ZDZ1P  
    ?+byRoY>&g  
    其他例子 v;s^j  
    A-u}&}l<  
    jZ,=tF  
    •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。 W: 3fLXk+  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 M1K[6V!   
    ZP<OyX?  
    $KsB'BZy  
    e#ne5   
    光栅结构参数 R`%O=S*]  
    Tqx  
    ]ia{N  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 uAV-wc  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 Ro#O{  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 9#\oGzDN  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 "iuNYM5 P  
    9lqD~H.  
    OB+QVYk"  
    光栅#1 L#MMNc+  
    1HeE$  
    Z07SK ' U  
    \*30E<;C_  
    3Zm;:v4y  
    •仅考虑此光栅。 Qt=OiKZ  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 ^:ehG9  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 %p^`,b}  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 -8sB\E  
    c,5yH  
    F7`[r9 $  
    假设光栅参数: lkb,UL;V  
    •光栅周期:250 nm 8q|T`ac+N  
    •光栅高度:660 nm s 5F?m  
    •填充系数:0.75(底部) #mRT>]di`D  
    •侧壁角度:±6° 7"Q;Yi2(  
    •n1:1.46 ,veI'WHMB  
    •n2:2.08 eMUt%zvb  
    E<tJ8&IGk  
    光栅#1结果 R7Z!  
    DhiIKd9W  
    hJ~=eYK?J  
    •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。 =gO4B-[  
    •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。 Q&&oP:4~X*  
    •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。
    dz )(~@tgz  
    !InC8+be  
    8LGNV&Edg  
    CD)JCv  
    光栅#2 Uq(fk9`6  
    }i9VV+L#1  
    17!<8vIV$C  
    \C"hL(4-  
    w!52DBOe+  
    •同样,只考虑此光栅。 ~lr,}K,  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 *NoixV1>  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 )_1;mc8B  
    假设光栅参数: +?GsIp@>jh  
    •光栅周期:250 nm Jmun^Q/h  
    •光栅高度:490 nm _{?-=<V'_  
    •填充因子:0.5 &>vfm9  
    •n1:1.46 (A~w IKY,  
    •n2:2.08
    1oL3y;>iL  
    fD2 )/5j1  
    光栅#2结果 q4Y7 HE|ym  
    G`,M?l mL  
    0!q@b  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 t+A9nvj)  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 M)sAMfuUw  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 |6b&khAM  
    %G'P!xQhy  
    M[7$F&&n  
    文件信息 *+j r? |  
    (vwKC D&  
    ,y[8Vz?:  
    4ms"mIt  
    e}TDo`q  
    QQ:2987619807 uMK8V_p*?  
     
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