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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 B1GSZUd^?0  
    cO <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。  *Vc}W  
    <sPB|5Ak  
    > {:8c-\2}  
    概述 lmod8B  
    "XH]B  
    ?{FxbDp>  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 /E*P0y~KTW  
    •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。 xv)7-jlx  
    •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 ~r{Nc j  
    w0.#/6  
    ?6[>HX;  
    bkY7]'.bz&  
    衍射级次的效率和偏振
    >s{[d$  
    ^awl-CG  
    Sy8Og] a  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 zRKg>GG`  
    •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。 "\B Li C  
    •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)。 * "E]^wCn  
    •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。 . E.OBn  
    •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。 SY)o<MD  
    !?KY;3L:  
    >-:U   
    光栅结构参数 =7jkW (Q  
    =]D##R  
    aMzAA  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 Z(V 4"x7F  
    •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 SmRU!C$A  
    •因此,选择以下光栅参数: $1w8GI\J  
    - 光栅周期:250 nm KLoHjBq  
    - 填充系数:0.5 j\W+wnAgk  
    - 光栅高度:200 nm |#S!qnXB  
    - 材料n1:熔融石英 \Oc3rJ(  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) O ~"^\]\  
    `a<G7  
    a ZfX |  
    F35e/YfG  
    偏振状态分析 wK,t q  
    9'T(Fc  
    ]ao]?=q C  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 y<5s)OehG  
    •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。 GSMP)8 W  
    •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 >RGX#|  
    lfCoL@$6D  
    D,J's(wd  
    ny#7iz/  
    产生的极化状态 c|I{U[(U  
    Ao0F?2|  
    ??k^Rw+0R  
    |vGz 1jLV  
    `f b}cJUa  
    其他例子 b7=]"|c$@  
    1N2:4|woe  
    8 2_3|T  
    •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。 @O4m-Oosi  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 {lqnn n3  
    YRB,jwne  
    R|Ykez!D  
    '!Q[+@$  
    光栅结构参数 ==c\* o  
    Rh: \/31~  
    V-t!  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 7|H !(a'  
    •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。 cz.-cuD[iD  
    •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。 sfx:j~bsL  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 V}3.K\7  
    }"_S;[{d  
    /\C9FGS  
    光栅#1 j_Dx4*v g  
    IUI >/87u  
    3vmZB2QG  
    {L3lQ8Z  
    84|Hn|4t  
    •仅考虑此光栅。 ='YR;  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 x"*u98&3  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 1 aIJ0#nE  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 -<qci3Ba}  
    Kh3*\xT  
    1)M3*h3  
    假设光栅参数: :h?Zg(l  
    •光栅周期:250 nm ,p0R 4gi  
    •光栅高度:660 nm ck-wMd  
    •填充系数:0.75(底部) lO)p  
    •侧壁角度:±6° YQ2ie>C8  
    •n1:1.46 ]yA| m3^2  
    •n2:2.08 NaLec|6<t  
    dxxD%lHCF  
    光栅#1结果 oE)tK1>;H  
    >H[&Wa+_  
     Trm)7B*  
    •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。 fok OjTE  
    •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。 /1t(e._  
    •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。
    ss |<\DE+  
    8la.N*  
    EcFYP"{U  
    J?u",a]|H"  
    光栅#2 Lab{?!E>U  
    iiKFV>;t/  
    ;?bRRW  
    ]#TL~u[  
    X 1^f0\k  
    •同样,只考虑此光栅。 i$$\}2m{L  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 lzw3 x  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 }[$C=|>  
    假设光栅参数: ^pAqe8u_  
    •光栅周期:250 nm j<4J_wE  
    •光栅高度:490 nm %TvunV7NQS  
    •填充因子:0.5 ^`Vt<DMT  
    •n1:1.46 R2Lq,(@-  
    •n2:2.08
    VTy!<I  
    'l)@MX bGL  
    光栅#2结果 !JJCG  
    G{$9e}#  
    XBdC/DM[  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 i%D/@$\D6  
    •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。 +7^{T:^ht  
    •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。 B$_F)2%m;  
    TdG[b1xN  
    ycIT=AFYqd  
    文件信息 :$j!e#?=  
    w[UPoG #Uh  
    {>pB  
    ) yRC$7I  
    45W:b/n\  
    QQ:2987619807 v93+<@Z  
     
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