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    [分享]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: 2021-05-06
    摘要 ,pa=OF  
    0-8'. C1v  
    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。 sF1j4 NC  
    ^'$P[  
    %^bN^Sq -  
    概述 >{#QS"J#  
    }Pj;9ivz  
    "^5%g%  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 6<9gVh<=w  
    •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。 C^ Oy.s  
    •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 R9InUX"k  
    5Pd^Sew  
    lNB<_SO  
    |%fM*F^7/  
    衍射级次的效率和偏振
    DTC OhUIV  
    <[tU.nh  
    -qJO6OM  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 {Zf 9} !qF  
    •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。 9l}G{u9a  
    •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)。 %Q|Hvjk=E  
    •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。 [u7i)fn5?  
    •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。 {GS$7n  
    myDcr|j-a  
    zE]h]$oi  
    光栅结构参数 >:f&@vwm  
    |:5[`  
    HI{IC!6  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 @fI 2ZWN|  
    •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 {S5j;  
    •因此,选择以下光栅参数: qp2&Z8S\D  
    - 光栅周期:250 nm Pa */&WeB  
    - 填充系数:0.5 :PQvt/-'(D  
    - 光栅高度:200 nm _r vO#h  
    - 材料n1:熔融石英 2Z*^)ZQB  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) @tPptB  
    <6!/B[!O=  
    ^"EK:|Y4%K  
    #~6au6LMC  
    偏振状态分析 SJ8|~,vL  
    X&cm)o%5Fe  
    l&uBEYx   
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 2q%vd =T  
    •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。 br4 %(w(d  
    •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。 &\AW} xp  
    ,=`iQl3(y/  
    wak'L5GQE  
    P6u%-#  
    产生的极化状态 zAO|{m<A2  
    aYcc2N%C  
    [PL]!\NJ  
    .X{U\{c|a  
    (z IIC"~5  
    其他例子 )jed@?  
    z-?WU  
    z9HUI5ns  
    •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。 x4;ndck%U  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 UGK,+FN  
    E{}Vi>@V?  
    D:Fi/JY~  
    8d8GYTl b)  
    光栅结构参数 R![4|FR  
    )G@/E^ySM  
    L<_zQ  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 0M|Jvw'n|  
    •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。 v}BXH4&Y  
    •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。 FmC [u  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 TtP2>eh-  
    W4n(6esO  
    }g_\?z3gt  
    光栅#1 do=s=&T  
    %2<u>=6byG  
    |!"qz$8fB  
    5yQ\s[;o3  
    }+i~JK  
    •仅考虑此光栅。 9\KMU@Ne  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 ~oE@y6Q  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Pm!/#PtX  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 oO][X  
    ;'4 HR+E"  
    =SLCG.  
    假设光栅参数: "D?:8!\!  
    •光栅周期:250 nm K#4Toc#=V  
    •光栅高度:660 nm d2 (3 ,  
    •填充系数:0.75(底部) 6tv-PgZ  
    •侧壁角度:±6° Wd]MwDcO  
    •n1:1.46 fE,Io3  
    •n2:2.08 <K  GYwLk  
    zb& 3{,  
    光栅#1结果 I#9q^,,F  
    !7jVKI80  
    a474[?  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 4$_:a?9  
    •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~k'b2(p3  
    •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-TDg0  
    zHk7!|%Y  
    w^8i!jCy  
    d{*e0  
    光栅#2 {`=k$1  
    g<PglRr"  
    10W6wIqK  
    <Xl/U^B  
    $c}-/U 8  
    •同样,只考虑此光栅。 ~NG+DyGa=  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 y87oW_"h  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 = ow=3Ku  
    假设光栅参数: HMqR%A  
    •光栅周期:250 nm +~f=L- >  
    •光栅高度:490 nm <P.'r,"[  
    •填充因子:0.5 qA5 Ug  
    •n1:1.46 Zgt(zh_l  
    •n2:2.08
    %3@-. =  
    66-G)+4  
    光栅#2结果 jzd)jJ0M  
    _kT{W]   
    "?ON0u9  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 z#^;'nnw  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 \h5!u1{L  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 =Hx]K8N)  
    t[o_!fmxZ  
    ($'5xPb  
    文件信息 .JX9(#Uk  
    FA!!S`{\  
    tR(nD UHV5  
    ~DP_1V?  
    vW4n>h}]  
    QQ:2987619807 KvXF zx|A  
     
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