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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 ,=N.FS  
    u-C)v*#L  
    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。 {y;n:^  
    39jG8zr=Z[  
    R FH0  
    概述 M@ZI\  
    X 8`Sf>  
    Lh<).<S  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 FGQzoS  
    •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。 E~:x(5'%d  
    •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 &VcV$8k  
    m4yL@d,Yw  
    TOAAQ  
    =I~mKn  
    衍射级次的效率和偏振
    snikn&  
    c0fo7|  
    (4EI-e*6  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 9)=ctoZ'  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。  f V(J|  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 t()c=8qF|u  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 xP,hTE  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 uM'Jp?  
    Hq 188<  
    "g#i'"qnW  
    光栅结构参数 <d_!mKw  
    eR"<33{  
    d^6M9lGU  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 4a]P7fx-  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 2 Vrw  
    •因此,选择以下光栅参数: *WT`o>  
    - 光栅周期:250 nm b%5f&N  
    - 填充系数:0.5 O7IJ%_A&  
    - 光栅高度:200 nm NN`uI6=  
    - 材料n1:熔融石英 \'bzt"f$j  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) !0cD$^7  
    JO< wU  
    *D3/@S$B  
    xZv#Es%#  
    偏振状态分析 *=c1d o%F  
    :08,JL{  
    nj53G67y  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 I 2|Bg,e  
    •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。 I.k *GW  
    •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。 C73 kJa  
    &9)\wnOS  
    0_t`%l=  
    ^ovR7+V  
    产生的极化状态 N*&1GT#9  
    ( ICd}  
    'X2POay1  
    w*JGUk  
    *=7U4W  
    其他例子 {jX2}  
    6f*CvW  
    3kMf!VL  
    •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 Ya`| ?FS  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 /RC7"QzL  
    ,Vk3kmuvr]  
    KMjhZap%  
    4Wm@W E  
    光栅结构参数 <yFu*(Q  
    nQ,HMXj  
    p"ZG%Ow5Q]  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 Fun^B;GA:  
    •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。 ~O &:C{9=  
    •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。 %Qdn  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 1^(ad;BC y  
    )f<z% :I+Z  
    4Ic*9t3  
    光栅#1 V /V9B2.$  
    ,>mrPtxN  
    xx%j.zDI]  
    SJ>vwmA4  
    ^qD$z=z-  
    •仅考虑此光栅。 ? '{SX9  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 8C9-_Ng`  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 (jl D+Y_  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 ByNn  
    1F&Trqq  
    o="M  
    假设光栅参数: hp-<2i^"!  
    •光栅周期:250 nm oEKvl3Hz_  
    •光栅高度:660 nm =.]4;z  
    •填充系数:0.75(底部) @8r pD"x  
    •侧壁角度:±6° "]b<uV  
    •n1:1.46 FSW_<%  
    •n2:2.08 <s<n  
    !58@pLJw  
    光栅#1结果 PKg@[<g43  
    |_aa&v~  
    &H/'rd0M  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 DjQFi  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 65$+{s  
    •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。
    Doyx[zZ  
    "8jf81V*  
    8(&[Rs?K  
    \B,@`dw  
    光栅#2 0Y{yKL  
    ~^fZx5  
    =QiI :|eRA  
    Ata:^qI  
    co|aC!7  
    •同样,只考虑此光栅。 ;dZZ;#k%  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 tm RXgTS  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 E GU 0)<  
    假设光栅参数: a>I+]`g  
    •光栅周期:250 nm ryUQU^v  
    •光栅高度:490 nm c"V"zg22  
    •填充因子:0.5 BdblLUGK#  
    •n1:1.46 O$j7i:G'5  
    •n2:2.08
    RF4vtQC=  
    'RYIW/a  
    光栅#2结果 YdC6k?tzS  
    Mhf5bN|wQ  
    %JD,$p Ps  
    •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。 VfC<WVYiZ  
    •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。 Z|j>gq  
    •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。 *>'V1b4}  
    ?u=Fj_N_  
    d#rf5<i  
    文件信息 aPfO$b:  
    6J6BF%  
    (G4at2YLd  
    udUyh%n  
    JZ*/,|1}EC  
    QQ:2987619807 =llvuUd\n  
     
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