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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 ~?HK,`0h>  
    "`4ky ]  
    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。 4"(rZWv  
    +qC [X~\  
    GJr mK  
    概述 *q k7e[IP  
    T]-MrnO  
    >V27#L2:J  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 /W BmR 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。 M\{\WyeX  
    •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 %]DA4W  
    +,LWyvc'  
    %N fpEo  
    %'2.9dB  
    衍射级次的效率和偏振
    sVw:d _ E  
    Y_+#|]=$B  
    "V 26\  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 H)7v$A,5%  
    •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。 /]!2 k9u\  
    •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)。 igk<]AwxS  
    •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。 T>rmm7F  
    •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。 /r"<:+  
    .7g h2K  
    ~o"=4q`>  
    光栅结构参数 ~U"m"zpLP  
    Ue >]uZ|  
    'kcR:5B  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 "YgpgW  
    •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 Q'Osw"  
    •因此,选择以下光栅参数: 3,{eH6,O7M  
    - 光栅周期:250 nm 0 h!Du|?  
    - 填充系数:0.5 dVEs^ZtI  
    - 光栅高度:200 nm $">j~!'  
    - 材料n1:熔融石英 A`f"<W-m  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) Fw\Z[nh  
    cVL|kYVWT  
    Zdqm|_R[  
    {eaR,d~X  
    偏振状态分析 f/#Id]B  
    \\KjiT'  
    NOXP}M  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 DMG~56cTO,  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 '!7>*<  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 208^Yu  
    U,EoCAm>  
    S1U0sP@o  
    Nb&j?./  
    产生的极化状态 ya8p 4N{_  
    aM;SE9/U  
    VbvP!<8  
    _90D4kGU  
    Y|fD)zG_  
    其他例子 K!&W}_@l  
    lTMY|{9  
    fOHbgnL>  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 VRQ`-#  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 g&xj(SMj-$  
    Intuda7e1  
    ,X^3.ILz  
    OlRXgJ  
    光栅结构参数 d/Q#Z  
    <}{<FXk[  
    =eU=\td^  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 8Re[]bE  
    •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。 SZ9Oz-?  
    •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。 .h=n [`RB  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 N<rq}^qo  
    .T9$O]:o  
    M=liG+d  
    光栅#1 1Q(KZI  
    Hp=BnN  
    M\m:H3[  
    IAH"vHM  
    qKfUm:7Q_  
    •仅考虑此光栅。 ;m7G8)I  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 V ,p~,rC  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 zX_F+"]THt  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Hh^ "c}  
    Ow/,pC >V  
    f X[xZGV,  
    假设光栅参数: B<SE|~\2  
    •光栅周期:250 nm e^O:I  
    •光栅高度:660 nm ?0/$RpFEM#  
    •填充系数:0.75(底部) +s}&'V^  
    •侧壁角度:±6° 940:NOgm  
    •n1:1.46 uMw6b=/U  
    •n2:2.08 }( F:U#  
    p*Q-o  
    光栅#1结果 k5Cy/gR  
    5VTVx1P[8  
    e' l9  
    •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。 $VHIU1JjZ  
    •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。 9?,i+\)qK@  
    •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。
    )\Q(=:  
    -H6[{WVW!  
    ~x,_A>a  
    }?,?2U,8:  
    光栅#2 P_A@`eU0  
    .b]s Q'  
    N=\ zx^w,  
     b M1\z  
    F9o7=5WAb  
    •同样,只考虑此光栅。 U~][ ph  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 dB_0B .  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 * |,N/e  
    假设光栅参数: VG 5*17nf5  
    •光栅周期:250 nm rgVRF44X{  
    •光栅高度:490 nm x9 Z89Gwi  
    •填充因子:0.5 lk 1\|Q I  
    •n1:1.46 J~5V7B  
    •n2:2.08
    F `o9GLxM}  
    U)8yd,qG[%  
    光栅#2结果 Mm@G{J\\  
    Z|E9}Il]  
    VH]}{i"`  
    •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。 d MR?pbD  
    •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。 R#hy2kA  
    •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。 _dm0*T ?  
    < 9,h!  
    )9`HO?   
    文件信息 u"qVT9C$=  
    6HK1?  
    '{2]:  
    xw9ZRu<z  
    @[J6JT*E  
    QQ:2987619807 Br9j)1;  
     
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