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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 正序阅读 楼主  发表于: 2021-05-06
    摘要 K~$35c3M  
    z2ds8-z  
    光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 0ovZ&l  
    AO^]>/7ed  
    >0 7shNX  
    概述 CBIT`k.+  
    "s> >V,  
    M-vC>u3Y  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 VZIKjrKs  
    •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 a /QIJ*0  
    •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数 H[Cj7{V  
    #[Z<=i~C  
    RpULm1b  
    .dt#2a_5q  
    衍射级次的效率和偏振
    22PGWSQ  
    MHGjvSx  
    \y@ eBW  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 {GAsFnZk  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 H a90  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 4YBf ~Pp  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 iq,ah"L  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 aQxe)  
    <Ak:8&$O  
    &bn*p.=G  
    光栅结构参数 kGruo5A  
    9A(n _Rs7?  
    FF8WTuzB+  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 ?-4OfGN  
    •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 }WA<=9e  
    •因此,选择以下光栅参数: /(y4V  
    - 光栅周期:250 nm L,O>6~9:^1  
    - 填充系数:0.5 Ia=&.,xub  
    - 光栅高度:200 nm i_|h{JK)  
    - 材料n1:熔融石英 Io2,% !D  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) 5s#R`o %Z  
    /j$$0F>s7  
    H&w(]PDh  
    3Gj(z:)b  
    偏振状态分析 d$4WK)U  
    O.]_Ry\OXA  
    gQu\[e%mVo  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 *X%?3"WH8  
    •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。  ~WzMK  
    •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。 SnH:(tO[X  
    b?sA EU;  
    o-L|"3 P  
    1hF2eNh  
    产生的极化状态 (MZ A  
    *QMF <ze  
    X*_ SHt  
    hgF21Oj9  
    U&w*Sb"  
    其他例子 .%|OGl ?  
    kt;}]O2%R  
    ~3LhcU-  
    •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。 Rc$=+K#  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 Uyz;U34 oI  
    u?F7 L8q]  
    Sn;/;^@(\  
    $_4oN(WSz  
    光栅结构参数 9|us<k  
    b>G qNf!  
    d w|-=~  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 AaJ,=eQ  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 .%-6&%1  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 <|mE9u  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 oVKsic?  
    s@*,r@<  
     f'7 d4  
    光栅#1 -`<6=[QUO  
    l:>qR/|m  
    SQz$kIZR  
    EKeBTb  
    S-H-tFy\\  
    •仅考虑此光栅。 jM|YW*zNZ  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 n_e}>1_  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 k1~nd=p  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 +z~ !#j4Q  
    HYa$EE2  
    (h'$3~  
    假设光栅参数: \@iOnRuHn9  
    •光栅周期:250 nm f(@"[-[  
    •光栅高度:660 nm G}Qk!r  
    •填充系数:0.75(底部) Z<$E.##  
    •侧壁角度:±6° F$"MFdc[  
    •n1:1.46 1{;[q3a  
    •n2:2.08 x mrugNRg  
    3Vb=6-|  
    光栅#1结果 mmpr]cT@'k  
    i9f7=-[U_  
    |wyJh"4!  
    •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。 hi4h0\L!}  
    •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。 "4Wp>B  
    •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。
    \E ? iw.}  
    .f?qUg  
    #w%a m`+  
    $)kBz*C[  
    光栅#2 x):k#cu[L  
    E'Fv *UA  
    8VAYIxRv  
    c"QkE*  
    X+'^ Sp  
    •同样,只考虑此光栅。 ~t.WwxY+  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 :!Y?j{sGU  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 tNi% }~Z  
    假设光栅参数: d =B@EyN  
    •光栅周期:250 nm #*7/05)  
    •光栅高度:490 nm iA^+/Lt  
    •填充因子:0.5 t^bdi}[  
    •n1:1.46 @FnI?Rx  
    •n2:2.08
    CLFxq@%nu~  
    !txELA~24  
    光栅#2结果 w50Bq&/jX  
    &ttv4BC^r  
    SCt=OdP=  
    •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。 iz%A0Z+`bg  
    •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。 35N/v G0  
    •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。 %M0mwty]  
    x(/@Pt2B  
     HN~v&,  
    文件信息 aJa^~*N/Aa  
    &xiDG=I#  
    4 HJZ^bq9|  
    5E oWyy  
    0:B^  
    QQ:2987619807 *n|0\V<  
     
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