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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 EnfSVG8kB8  
    $osDw1C  
    光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 =k&'ft  
    -lLq)  
    h],_1!0  
    概述 q`qbaX\J3  
    uS<&$J H  
     okfhd{9  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 .Z9Bbab:  
    •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。 ^#_@Kq%th  
    •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 38JvJR yK}  
    .PF~8@1ju  
    k2O==IG]6  
    y5oiH  
    衍射级次的效率和偏振
    6LUB3;g7  
    M<Eg<*  
    R{Cj]:Ky  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 6R"& !.ZF  
    •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。 HbV[L)zYG  
    •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)。 %/~Sq?f-9@  
    •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。 RD,` D!  
    •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。 {:!*1L  
    +AXui|mn  
    6$`8y,TMSt  
    光栅结构参数 hoPCbjkov  
    3rOv j&2  
    o2&mhT  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 9'T nR[>  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 Dy0RZF4_  
    •因此,选择以下光栅参数: ql^n=+U  
    - 光栅周期:250 nm PYW~x@]k%,  
    - 填充系数:0.5 l8jm7@.E  
    - 光栅高度:200 nm &@nI(PXv  
    - 材料n1:熔融石英 W!htCwnkF  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) kOeW,:&65  
    !$Nh:(>:  
    Wc#4%kT  
    1;S@XC>  
    偏振状态分析 O*T(aM3r  
    jIg]?4bW[  
    arRb q!mO  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 ?>DN7je  
    •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。 E%2]c?N5  
    •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。 qy/xJ>:  
    kp LDK81I  
    +<&_1% 5+  
    `Z0FQ( r_  
    产生的极化状态 <U$x')W  
    1Sx2c  
    bRfac/:}  
    |!,;IoZ  
    'H zF/RKh  
    其他例子 /*i[MB  
    2old})CLJ  
    :)p\a1I[*  
    •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。 RG0kOw0  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 2.qEy6  
    *3d+ !#;rG  
    O,x[6P54P  
    ?^n),mR  
    光栅结构参数 Vo"Wr>F  
    kZ>_m &g  
    #~BsI/m  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 SFv'qDA  
    •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。 2Jo|]>nl}u  
    •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。 [0qe ?aI  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 TkBHlTa"=  
    Y 3h`uLQ  
    kUGOkSP8[  
    光栅#1 S6Y2(qdP  
    Gh>&+UA'$1  
    [MhKR }a  
    \| &KD  
    g[';1}/B4  
    •仅考虑此光栅。 {bHUZen  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 4A"3C  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 jVi> 9[rz  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 fG9 ;7KG  
    4PjC[A*  
    i' V("  
    假设光栅参数: =gNPS 0H  
    •光栅周期:250 nm FJ,"a%m/Q  
    •光栅高度:660 nm /9ctmW1!<  
    •填充系数:0.75(底部) _Z7`tUS-j  
    •侧壁角度:±6° YLJ^R$pi  
    •n1:1.46 7zM9K+3L  
    •n2:2.08 z_93j3 #  
    ~(nc<M[  
    光栅#1结果 VKV :U60  
    VWq]w5oQO  
    dq,j?~ _}  
    •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。 B6=?Qp/f  
    •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。 b:Z&;A|"{  
    •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。
    0FSNIPx  
    J0V`sK  
    v5>A1\  
    <Pzy'9  
    光栅#2 'X<4";$mU  
    WP2=1"X63  
    IjGPiC  
    @}=(4%  
    G %'xEr0n  
    •同样,只考虑此光栅。 cbN;Kv?ak}  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 XNgcBSD  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 +F-EgF+J  
    假设光栅参数: !O,Sq/=.  
    •光栅周期:250 nm SQ_Je+X  
    •光栅高度:490 nm pO_IUkt  
    •填充因子:0.5 #x;,RPw5  
    •n1:1.46 w A\5-C7 j  
    •n2:2.08
    |lt]9>|  
    q3AqU?f  
    光栅#2结果 6<EGH*GQ$  
    h5SJVa  
    7:,f|>  
    •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"J',YN$  
    •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。 +$|fUn{  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 AHRJ7l;a  
    M@#T`aS  
    D"rbQXR7$  
    文件信息 MB!9tju  
    ;-6-DEL  
    u<Y#J,p`e  
    W#S82  
    y(o)} m*0  
    QQ:2987619807 GlnO8cAB  
     
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