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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 mlix^P  
    sR;u#".  
    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。 b_Dd$NC  
    H b?0?^#  
    a.2Xl}2o5  
    概述 @!Rklhb  
    2rxz<ck(  
    *f o>  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 Qs,4PPEg  
    •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 -*$ s ;G#  
    •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 8/k"A-m  
    eX'U d%  
    ~L4L|q 7  
    HCw,bRxm  
    衍射级次的效率和偏振
    3X%h?DC  
    `\$EPUM  
    $`[TIyA9!  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 8"}8Nrb0  
    •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。 a"&cm'\lL  
    •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)。 d7S?"JpV  
    •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。 m*.+9 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。 > f'aW  
    )=VAEQhL-  
    24u_}ZQzY  
    光栅结构参数 d ehK#8  
    *-*SCA`E^=  
    c\;_ jg  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 U C_$5~8p  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 Zo,066'+[.  
    •因此,选择以下光栅参数: S_TD o  
    - 光栅周期:250 nm K^ ALE  
    - 填充系数:0.5 }3_ >  
    - 光栅高度:200 nm 1m5*MY  
    - 材料n1:熔融石英 mV^~  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) d<6m_! L  
    pD('6C;  
    *E]:VZl  
    W>5[_d  
    偏振状态分析 d8iq9AP\o  
    )KEW`BC5T  
    3YJ"[$w='(  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 }'*6 A  
    •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。 f!{@{\  
    •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。 \2]_NU5.  
    ~GcWG4  
    R1*4  
    I]DD5l}\  
    产生的极化状态 ;s;3cC!  
    [Ky3WppR  
    i(_A;TT6  
    RWGf]V]6  
    +VNk#Z i  
    其他例子 ""Da 2Md  
    & +*OV:[;  
    .r2*tB).  
    •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。 1`YU9?  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 hHGuD2%  
    ]8}51y8  
    ~MBPN 4r  
    ?3p7MjvZ  
    光栅结构参数 8;V9%h`P>  
    5nUJ9sqA  
    K)BQ0v.:[  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 |1RVm?~i  
    •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。 fT|A^  
    •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。 Vv45w#w;  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ocFk#FW  
    3f] ;y<Km  
    8.[F3Tk=  
    光栅#1 !R"W2Z4h  
    l2qvYNMw  
    @kqxN\DE  
    O=A2QykV(  
    jYFJk&c  
    •仅考虑此光栅。 l!F$V;R  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 0RT8N=B83  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 =/!lK&  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 \</!kY*3@t  
    Q$c6l[(g  
    wSN9`"  
    假设光栅参数: lPZ(c%P  
    •光栅周期:250 nm YV<y-,Io  
    •光栅高度:660 nm #$I@V4O;#  
    •填充系数:0.75(底部) }OpUG  
    •侧壁角度:±6° U!aM63F3  
    •n1:1.46 C9!t&<\ }  
    •n2:2.08 "lI-/ G  
    :A8}x=K  
    光栅#1结果 C#kE{Qw10r  
    >fH0>W+!  
    X zJ#)}f  
    •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。 c ZYy+  
    •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。 eDJnzh83  
    •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。
    }a7d(7  
    BNfj0e5b  
    r5}p .  
    Q K]P=pE'C  
    光栅#2 CS7b3p!I  
    IT| h;NUG  
    cx\E40WD  
    ZnEgU}g<2  
    :_8K8Sa  
    •同样,只考虑此光栅。 x MJ-=  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 ]9oj,k  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 =Z\q``RBy  
    假设光栅参数: $*C }iJsF  
    •光栅周期:250 nm zg2d}"dV  
    •光栅高度:490 nm )Te\6qM  
    •填充因子:0.5 o?baiOkH  
    •n1:1.46 b~gq8,Fatb  
    •n2:2.08
    xV> .]  
    *~PB  
    光栅#2结果 >ywl()4O  
    o?a2wY^_  
    (JbRhcg  
    •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。 OxJ HhF  
    •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。 7!M; ?Y  
    •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。 (Y~/9a4X  
    zJXZ0yRT  
    >!fTWdD^  
    文件信息 WI1Y P0V  
    dp W`e>o  
    _{o 3y"DZ  
    .U{}N%S  
    }hn?4ny  
    QQ:2987619807 M(> 74(}]  
     
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