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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 x%x[5.CT  
    %AW  
    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。 Q) FL|   
    Xb;CY9&  
    TH6g:YP`7  
    概述 X8*q[@$  
    YTYYb#"Q  
    U'lrdc"Q  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 # <&=ZLN  
    •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。 QZ{:#iuig  
    •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 tnKzg21%  
    UGR5ILf  
    yil{RfBEr_  
    Jnv91*>h8  
    衍射级次的效率和偏振
    TXy*-<#vR  
    Vw)\#6FL  
    n}?kQOg0/  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 |4-Ey! P  
    •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。 <pPI:D@G  
    •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)。 _G'.VSGH  
    •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。 LW,!B.`@  
    •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。 ]`UJwq  
    #Q|$&b  
    (>)Y0ki}  
    光栅结构参数 1` 9/[2z  
    q .?D{[2  
    y)(@  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 >GZF \ER  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 [& hdyLt  
    •因此,选择以下光栅参数: JDMaLo  
    - 光栅周期:250 nm 'l<kY\I!%  
    - 填充系数:0.5 d5WE^H)E.  
    - 光栅高度:200 nm Vuz!~kLYIn  
    - 材料n1:熔融石英 2gFQHV  
    - 材料n2:TiO2(来自目录)  ExnszFX*  
    Kk??}  
    FiFZM  
    1bvL  
    偏振状态分析 lUWjm%|  
    Y4b"(ZhM_  
    s!UC{)g,  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 b\;QR?16R  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 {~d4;ht1Y  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 Q2k\8i  
    j&#p&`B  
    -|ee=BV  
      (+Er  
    产生的极化状态 I@x*>  
    } RM?gE  
    1M<'^(t3d  
    [% 3{mAd  
    [;tbNVZK  
    其他例子 "w|GIjE+  
    r2H]n.MT  
    z{AfR2L  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 )_f "[m%  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 t,RR\S  
    vO"AJ`_  
    Be}Cj(C  
    1FY^_dvH  
    光栅结构参数 s<^UAdLnl  
    )|2g#hH5  
    LR`/pet  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 >\VZ9bP<   
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 WlG/7$  
    •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。 !q$IB?8   
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 m~X:KwK4  
    mEE/Olh W  
    w`i3B@w  
    光栅#1 \d v9:X$  
    {L.0jAwB  
    Na [bCt  
    b/<n:*$   
    GKm)wOb(*S  
    •仅考虑此光栅。 hX[hR  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 >5XE*9  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 od-N7lp#  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 q?\3m3GM  
    v`no dI  
    =SLJkw&w6  
    假设光栅参数: u QCQ$  
    •光栅周期:250 nm u*PN1E  
    •光栅高度:660 nm zJtYy4jI)  
    •填充系数:0.75(底部) 9I.="b=J)  
    •侧壁角度:±6°  E#ti  
    •n1:1.46 |-Y,:sY:  
    •n2:2.08 Q2iu}~  
    x+^iEj`gk  
    光栅#1结果 z^=9%tLJ  
    O(wt[AEA  
    +vZ-o{}.jO  
    •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。 l$.C40v  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 _`ot||J  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    l"O=xt`m{  
    ]LNP"vi;  
    1oodw!hW  
    Qs</.PO  
    光栅#2 P>jlFm  
    6XB9]it6  
    QiB:K Pz[  
    2sWM(SN  
    =j }]-!  
    •同样,只考虑此光栅。 yg/.=M  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 9<,\ +}^{  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 XCQ =`3f  
    假设光栅参数: P62g7>B5^  
    •光栅周期:250 nm F&I^bkvh  
    •光栅高度:490 nm 8"RX~Igf  
    •填充因子:0.5 N(&,+KJ)  
    •n1:1.46 q=g;TAXZl  
    •n2:2.08
    E}4R[6YD  
    lHr?sMt  
    光栅#2结果 c00a;=ji  
    Z*x Q"+\  
    o{nBtxZ"  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 lYD-U8  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 -bcm"(<T'  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 (t fADaJM  
    M0 =K#/  
    7$}lkL  
    文件信息 +qDudGI  
    [ 7Q|vu  
    ~ b\bpu  
    Ws.F=kS>h  
    _Su$oOy(Ea  
    QQ:2987619807 lc#su$xR>  
     
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