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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  $^F L*w  
    |kPjjVGF{  
    光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 AM4lAq_  
    K!c "g,S  
    eM";P/XaX  
    概述 t'e1r&^:r~  
    n.&z^&$w\)  
    RjC3wO::  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 zO BLF|L=  
    •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。 KTr7z^  
    •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 v803@9@  
    !7C[\No(  
    ]W^F!p~eC  
    .g L%0  
    衍射级次的效率和偏振
    YIjY?  
    >/@wht4- j  
    ' U]\]Wp  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 ZG29q>  
    •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。 3K2B7loD)~  
    •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)。 ws1io.  
    •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。 Y.XNA]|  
    •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。 N8hiv'3  
    d??;r:  
    cEI "  
    光栅结构参数 a_jw4"Sb  
    a8D7n Ea  
    us j:I`>  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 Q&j-a;L  
    •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 !=(OvX_<  
    •因此,选择以下光栅参数: b`a4SfbQS  
    - 光栅周期:250 nm ?A4zIJ\  
    - 填充系数:0.5 S T#9auw  
    - 光栅高度:200 nm 7s8-Uwl<  
    - 材料n1:熔融石英 eh\_;2P  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) Q=YIAGK  
    H7{)"P]{f  
    Z3C]n,I  
    .|\}] O`  
    偏振状态分析 /\L-y,>X  
    PHQ7  
    RT+pB{Y  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 Db:^Omw o  
    •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。 `_YXU  
    •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。 Q]/ZVcoqo  
    GkwdBy+  
    bwrM%BL  
    -!o*A>N  
    产生的极化状态 e}f#dR+(  
    1SAO6Wh  
    @:,B /B;  
    =Msr+P9Ai  
    qQ&=Z` p!  
    其他例子 zR@4Z>6   
    ]A? (OA  
    xUW\P$  
    •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。 %C[#:>'+  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 M `O=rH }  
    p!oO}gE  
    NUO#[7OK+x  
    o#Gf7.E8  
    光栅结构参数 \wZ 4enm  
    qjr:(x/  
    1k)31GEQw  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 SEKR`2Zz,  
    •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。 7sX#6`t  
    •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。 $^TxLv  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 et`1#_o  
    3VZ}5  
    Oj=g;iY  
    光栅#1 a!@(bb z>  
    .8%&K0  
    $~3?nib"j  
    EpW89X  
    X-4(oE  
    •仅考虑此光栅。 :$=]*54`T  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 <lkt'iT=Sz  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 :Bh7mF-1  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 */_$' /q V  
    }j)][{i*x  
    `uwSxt  
    假设光栅参数: r@t \a+  
    •光栅周期:250 nm W-RqooEv  
    •光栅高度:660 nm +@^FUt=tq  
    •填充系数:0.75(底部) u5.zckV  
    •侧壁角度:±6° <B Vx%  
    •n1:1.46 +xL' LC x  
    •n2:2.08 h wi!C}  
    BCmKzv  
    光栅#1结果 lNLa:j  
    2!)|B ;y  
    K3*-lO:A9  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 {1"kZL  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 gJ H^f3  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    csFLBP  
    6Z@?W  
    tjLG$M1z`  
    ms&6N']  
    光栅#2 .~a.mT  
    ;S9 z@`a.  
    v t_lM  
    *kt|CXxAS8  
    bXz*g`=;  
    •同样,只考虑此光栅。 oe*fgk/o9  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 F Jp<J  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 en"\2+{Cg  
    假设光栅参数: .wO-2h{Q  
    •光栅周期:250 nm /s~BE ,su  
    •光栅高度:490 nm ]pWn%aGv*Y  
    •填充因子:0.5 F AQx8P  
    •n1:1.46 y&A&d-  
    •n2:2.08
    z%;_h-  
    ^v&"{2  
    光栅#2结果 Doe:m#aNj  
    65vsQ|Zw  
    ,`8:@<e  
    •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。 U UhlKV|5  
    •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。  6o1[fr  
    •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。 +V9(4la  
    b5#Jo2C`AJ  
    z:8ieJ)C  
    文件信息 ]*X z~Ox2  
    <Zo{D |hW  
    !ir%Pz ^)  
    ?jU 3%"  
    QuBA'4ht  
    QQ:2987619807 #bS}?fj  
     
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