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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 HyYQQ  
    <!nWiwv  
    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。 jN[6JY1  
    3jdB8a]T_  
    nR'EuI~(}  
    概述 GSb)|mj  
    &,kB7r"  
    xla^A}{  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 !?M_%fNE  
    •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。 \gQ+@O&+  
    •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 iOXP\:mPo  
    Zdg{{|mm  
    vl(v1[pU  
    Mz. &d:  
    衍射级次的效率和偏振
    $I]x &cF  
    \ ozy_s[  
    <ORz`^27o  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 67:<X(u+!  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 %((3'le  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 Br^b%12ZRS  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 *TI6Z$b|6  
    •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。 $i] M6<Vxn  
    M<m64{m1  
    d7zE8)DU7  
    光栅结构参数 tf79Gb>  
    C$;s+ALy[  
    ?vNS!rY2&  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 3n)iTSU3  
    •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 |MrH@v7S  
    •因此,选择以下光栅参数: @Iatlz*W  
    - 光栅周期:250 nm H)fo4N4ii  
    - 填充系数:0.5 P(+ar#,G  
    - 光栅高度:200 nm |OT%,QT|  
    - 材料n1:熔融石英 "?.Wb L  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) 6oBt<r?CJ  
    #,{v Js~  
    Ri0+nJ6  
    gbZX'D  
    偏振状态分析 G7JZP T  
    LKY Q?  
    !K)|e4$  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 S60`'!y  
    •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。 [B<{3*R_  
    •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。 bxHk0w  
    l7um9@[4  
    En_8H[<%  
    eajL[W^>  
    产生的极化状态 #(4hX6?5AI  
    Gukq}ZQd  
    e%>E| 9*u  
    b#^D8_9h  
    t\0JNi$2  
    其他例子 >R-$JrU.=  
    e]fC!>w(\  
    5Ozj&Zq  
    •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。 ^i 7a2< 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。 Q{kuB+s  
    C@W0fz  
    Y" |U$  
    KJSy7F  
    光栅结构参数 7w({ GZ  
    kS!*kk*a  
    M#|xj <p  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 h UDEjW@S  
    •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。 ArM e[t0$  
    •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。 O-YE6u  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 4TV9t"Dk+c  
    Hc!_o`[{l  
    $5O&[/L  
    光栅#1  Jt][b  
    9r}} m0  
    $]86w8?-N  
    s5@^g8(+C  
    #+ =afJ  
    •仅考虑此光栅。 =!aV?kNS8  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 wEyh;ID3#  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 .kV/ 0!q?  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 KDk^)zv%!  
    iLei-\w6y  
    I.x>mN -0  
    假设光栅参数: K;O\Pd  
    •光栅周期:250 nm YTsn;3d]}  
    •光栅高度:660 nm &[xJfL  
    •填充系数:0.75(底部) ~C3-E %h@Z  
    •侧壁角度:±6° elQ44)TrQ  
    •n1:1.46 *2Kte'+q  
    •n2:2.08 b9Nw98`  
    c$TBHK;c  
    光栅#1结果 -#h \8Xl  
    kS>j!U(%d  
    A,@"(3  
    •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。 &3M He$  
    •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。 j\<S6%p#R  
    •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。
    z841g `:C  
    R8_qZ;t:z  
    qm_\#r  
    .7q#{`K^=  
    光栅#2 W%x#ps5%  
    p*G_$"KpP  
    9i@*\Ada  
    ~ i,my31  
    :.^{!  
    •同样,只考虑此光栅。 a+d|9y/k  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 Fwtwf{9I  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ,wjL3c  
    假设光栅参数: mvnK)R_  
    •光栅周期:250 nm b`' ;`*AN+  
    •光栅高度:490 nm wP'`!O[W  
    •填充因子:0.5 YN^8s  
    •n1:1.46 p O.8>C%  
    •n2:2.08
    f/xBR"'  
    j56Y,Tm  
    光栅#2结果 #frhO;6  
    x<"e  
    ;Ti?(n#M>  
    •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。 9;jfg|x1[  
    •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。 Nz8iU@!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。  dbR4%;<  
    H!N,PI?rn  
    ]pb3 Fm{  
    文件信息 p<YO3@B+  
    'W)x<Iey1  
    YV9%^ZaN7  
    >2ct1_  
    G:UdU{  
    QQ:2987619807 rW6LMkt72  
     
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