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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 >*n4j:  
    Dqd2e&a\  
    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。 t"e%'dFv  
    z92Xc  
    9JJ6$cLF  
    概述 ;z+}|>!  
    B+pLW/4l  
    L;+e)I]  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 HsT6 #K  
    •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 wu b7w#  
    •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数 }h8U.k?v  
    G9K& }_,  
    Ea0EG>Y  
    'GO *6$/  
    衍射级次的效率和偏振
    |W&K@g$  
    =2vZqGO30  
    !d[]Qt%mA  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 ]g,j  
    •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。 BIg2`95F|  
    •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)。 &?}h)U#:  
    •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。 &lxMVynL  
    •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。 =eh!eZ9  
    t$R0UprK  
    C/ ]Bx  
    光栅结构参数 `/WOP`'zM  
    %z"$?Iv  
    l^$U~OB8k  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 V gy12dE  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 "39mhX2  
    •因此,选择以下光栅参数: <YCR^?hJSi  
    - 光栅周期:250 nm %0f*OC  
    - 填充系数:0.5 sp0_f;bC  
    - 光栅高度:200 nm x$S~>H<a  
    - 材料n1:熔融石英 VwXR,(  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) tM;+U  
    X 3ZKN;  
    a<((\c_8G  
    hWX4 P  
    偏振状态分析 s;tI?kR>%  
    f uH3C~u7<  
    0zA:?}  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 .wtYost v  
    •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。 D{4]c)>  
    •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。 Xxm7s S  
    /[q_f  
    1O90 ]c0  
    nyG5sWMpe  
    产生的极化状态 ~6Odw GWV  
    grJ(z)c  
    Jp~[Dm  
    K-@cn*6  
    5ai$W`6  
    其他例子 UXHtmi|_:  
    \Fu(IuD  
    }5QUIK~NA  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 h>/L4j*Z  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 df$pT?o  
    yJ8_<A  
    NRe=O*O  
    (%{!TJgZR  
    光栅结构参数 zR}vR9Ls  
    1(Lq9hs`  
    B)qcu'>iy  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 F=;nWQ&  
    •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。 s>ZlW:jY  
    •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。 LlbE]_Z!U%  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ban;HGGNG{  
    9]a!1  
    +Ui%}^ZZ  
    光栅#1 |<LW(,|A  
    F\+!\b*lP  
    [} "m4+  
    s&-dLkis{u  
    ezr'"1Ba}  
    •仅考虑此光栅。 ~*RBMHs  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 L!:;H,  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 =UZm4=T  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 h.aXW]]}(P  
    JE[J}-2  
    1K{hj%  
    假设光栅参数: B..> *Xb  
    •光栅周期:250 nm HJOoCf  
    •光栅高度:660 nm `FIS2sl/  
    •填充系数:0.75(底部) X%Ta?(9|.^  
    •侧壁角度:±6° lBO x B/`  
    •n1:1.46 p~Mw^SN'  
    •n2:2.08 :&$ WWv  
    v'u}%FC  
    光栅#1结果 z6bIv }  
    *uvE`4V^Jg  
    4Pr@<S"U  
    •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。 4XArpKA  
    •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。 #:} mi;{  
    •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。
    xU$15|ny  
    =-n7/  
    B3V+/o6  
    3Cl&1K #5  
    光栅#2 ^h"F\vIpV  
    2B=+p83<  
    ? -`8w _3  
    &W-1W99auE  
    z#{%[X2  
    •同样,只考虑此光栅。 yI_MY L[  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 >Ms_bfSK  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 e^Glgaf  
    假设光栅参数: 5:X^Q.f;  
    •光栅周期:250 nm qM:*!Aq 0g  
    •光栅高度:490 nm oD~q/04!  
    •填充因子:0.5 #F6!x3Z  
    •n1:1.46 mA0|W#NB  
    •n2:2.08
    CeW}z kcT  
    3\&I7o3V  
    光栅#2结果 L$ ZZ]?7j  
    )dZ1$MC[  
     eAbp5}B  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 }R2afTn[;  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 ,kw:g&A  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 fIm=^}?fwK  
    d m$iiRY  
    299uZz}Y  
    文件信息 7DCu#Y[  
    UWg+7RL  
    u^]Z{K_B  
    `Fs-z  
    o&U/e\zy  
    QQ:2987619807 SbN.z  
     
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