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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 ui8$F "I*  
    u^C\aujg  
    光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 j*8Ze!^  
    GAH<  
    (Ajhf}zJ  
    概述 <2j$P Y9  
    ZD50-w;  
    ? }^ y6  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 >*/ |t L  
    •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。 Sy.%>$z  
    •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 d+P<ce2 G  
     `&a8Wv  
    M97+YMY)  
    $igMk'%Nmb  
    衍射级次的效率和偏振
    im>/$!&OyI  
    Wsd_RT}ww  
    oVuIHb0w  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 +Rd\*b  
    •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。 LVP6vs  
    •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)。 *>iJ=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。 GXx'"SK9  
    •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。 =S^vIo)  
    5-a^Frmg#"  
    (q 7;/n  
    光栅结构参数 ]Gm&Kn >  
    iw(`7(*  
    N+R{&v7=F%  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 /jaO\t'q  
    •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 xv y&  
    •因此,选择以下光栅参数: !`U #Pjp.  
    - 光栅周期:250 nm BR6HD7G  
    - 填充系数:0.5 V!e`P  
    - 光栅高度:200 nm ctb , w  
    - 材料n1:熔融石英 UT_t]m  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) UWCm:eRQ  
    GYT0zMMf  
    Nde1`W]:  
    ' z^v}~  
    偏振状态分析 " H=fWz5z  
    |c]L]PU  
    tr 8Q{  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 >Y3zO2Cr  
    •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。 W70BRXe04D  
    •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。 $H,9GIivD  
    aIfB^M*c5  
    48GaZ@v  
    cJ,`71xop,  
    产生的极化状态 2zjY|g/  
    + L 5  
    kvN6K6  
    v<} $d.&*  
    Q!fk|D+j  
    其他例子 )/v`k>E  
    d D^?%,a  
    ,(yaWd6  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 uvD*]zX  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 n*=Tm KQ  
    'xOH~RlE  
    ,+_gx.H2j  
    U%2{PbL  
    光栅结构参数 kdm@1x  
    0pe*DbYP5  
    kb*b|pWlO  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 >F!X'#Iv  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 aOW~! f/M  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 7 (i\?  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ,S3uY6,  
    <,'^dR7,  
    0vz!)  
    光栅#1 5sMyH[5zY  
    TP/bPZY  
    H!g9~a  
    e]d\S] 5  
    u z>V  
    •仅考虑此光栅。 6FI`0j=~  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 ]n|lHZR  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 zU>bT20x/  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 m3b?f B  
    B\7 80p<  
    BG@[m  
    假设光栅参数: =hKu85  
    •光栅周期:250 nm fPsUIlI/A  
    •光栅高度:660 nm U| 1&=8l  
    •填充系数:0.75(底部) cNRe>  
    •侧壁角度:±6° q}7(w$&  
    •n1:1.46 6~(iLtd#  
    •n2:2.08 jowR!rqf  
    [IuF0$w=dj  
    光栅#1结果 |Q~5TL>b  
    8J#TP7;  
    T ;JA.=I  
    •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。 ZGWZ2>k  
    •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。 wo!;Bxo N  
    •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。
    d[Rs  
    so\8.(7n  
    g`zC0~D2  
     *}`D2_uP  
    光栅#2 QW"BGg~6c  
    J|I&{  
    $P~Tt4068  
    umj5M5oe3  
    h7W<$ \P  
    •同样,只考虑此光栅。 #_OrS/H  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 +aIy':P  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 mMV -IL  
    假设光栅参数: 8Ow0A  
    •光栅周期:250 nm I!-5 #bxD  
    •光栅高度:490 nm }>u<,  
    •填充因子:0.5 z}m)u  
    •n1:1.46 #~88[i-6  
    •n2:2.08
    T $;N8x[  
    zd3%9rj$  
    光栅#2结果 (!`]S>_w9  
    Kf7v_T /  
    E; Z1HF R  
    •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。 27KfT] =  
    •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。 Tn8GLn  
    •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。 /SZg34%  
    0FD+iID  
    ' fm}&0  
    文件信息 J~vK`+Zs  
    kUG3_ *1 .  
    C %o^AR  
    ;iEFG^'tG  
    pI|H9  
    QQ:2987619807 #r_&Q`!eU  
     
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