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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 -T_\f?V88  
    v,1F-- v  
    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。 *Xr$/N  
    rY}B-6qJn  
    P:!)9/.2  
    概述 hu@7?f_"L/  
    W |UtY`1  
    ;=;JfNnbm  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 uHM@h{r  
    •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 :7b-$fm  
    •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 zVaCXNcbo  
    m4/er539T  
    T@ 48qg  
    _<Dt z  
    衍射级次的效率和偏振
    PZ OKrW  
    v 81rfB5  
    F[E? A95W  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 > <Z'D  
    •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{5)@h$  
    •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)。 ef]B9J~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。 !: us!s  
    •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。 K0fv( !r{  
    ;u!?QSvb  
    ])T/sO#'  
    光栅结构参数 |4>:M\h  
    8T5k-HwE  
    e!0OW7 kV  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 w~@[ r4W  
    •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 n[" 9|  
    •因此,选择以下光栅参数: _l&ucA  
    - 光栅周期:250 nm /1.rz{wpb  
    - 填充系数:0.5 OyVm(%Z   
    - 光栅高度:200 nm P Jo  
    - 材料n1:熔融石英 kC$I2[t!  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) Ft-6m%  
    C0m\SNR  
    TOT PzB  
    uHvaZMu  
    偏振状态分析 F)ci9-b@  
    6 =>G#  
    ]VjLKFb~U  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 c> ~:dcy  
    •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。 q=0 pQ1>  
    •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。 &]NZvqdj.]  
    GU6 qIz|  
    E(Gr0#8  
    5~}!@yzc  
    产生的极化状态 )I9aC~eAD  
    0m=(W^c  
    x_:hii?6V  
    04JT@s"o  
    J/kH%_ >Ir  
    其他例子 o# {#r@,i  
    I'InZ0J2  
    14l; *  
    •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。 p":zrf'(6  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 yazZw}};  
    Z_itu73I  
    >q9{  
    6>B \|  
    光栅结构参数 'NjSu64W  
     1N.tQ^  
    4#2 ,Y!  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 E .;io*0  
    •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。 2OCdG  
    •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。 Sx&mv.?X  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 Qp+lJAY  
    t2.juoI(  
    eH[y[~r  
    光栅#1 X_?%A54z?  
    ?>?ZAr  
    D_ ug-<QT  
    9 z*(8d  
    <^sAY P|  
    •仅考虑此光栅。 B;c=eMw  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 jt%WPkY:  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 p JX, n  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Xz* tbW#  
    |"\lL9CT  
    8A_TIyh?  
    假设光栅参数: uXNp!t Y  
    •光栅周期:250 nm OR~GOv|  
    •光栅高度:660 nm k4mTZ}6E  
    •填充系数:0.75(底部) ]+,nA R  
    •侧壁角度:±6° ?>TbT fmR  
    •n1:1.46 P^;WB*V  
    •n2:2.08 k>-'AWH^v  
    u]#8 $M2  
    光栅#1结果 B>aEH b  
    6#-Z@fz%  
    .-%oDuB5zF  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。  p1?J  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 ,s8&#1rJ-  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    .lG +a!)  
    d-i&k(M  
    1Kc{#+a^  
    cuNq9y;[  
    光栅#2 i*b4uHna  
    T-!|l7V~f  
    N N*Sb J0  
    'F6#l"~/  
    dr>]+H=3E  
    •同样,只考虑此光栅。  l58l  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 C }bPv +t  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 n('VQ0b  
    假设光栅参数: a6 * Y%?  
    •光栅周期:250 nm qG*_w RF  
    •光栅高度:490 nm WT1q15U(=  
    •填充因子:0.5 <WgG=Kf)N  
    •n1:1.46 0= gF6U  
    •n2:2.08
    GMt)}Hz  
    a1 _o.A  
    光栅#2结果 ?({PcF/  
    f`bIQ9R  
    LsUFz_  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 2 /UI>@By  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 vLD:(qTi  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 Hv+:fr"  
    ^>t-v  
    ?WMi S]Q\  
    文件信息 }$w4SpR  
    _{3k+DQ  
    U8U/?zW/&  
    uk`d,xF   
    Z,(%v.d  
    QQ:2987619807 C-_w]2MM  
     
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