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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 `wXK&R<`  
    sSh{.XuB+3  
    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。 X>8,C^~$1  
    l)9IgJ|<b  
    M@R"-$Z  
    概述 g%&E~V/g$  
    se\fbe^0  
    xIGq+yd(  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 8cG?p  
    •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。 d.FU) )lmD  
    •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 U?#wWbE1  
    wAKHD*M)  
    "E(i<  
    6;Z -Y>\c  
    衍射级次的效率和偏振
    TI'v /=;)  
    m+0yf(w  
    o]4]fLQ  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 YIg(^>sq  
    •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。 ;=y"Z^  
    •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)。 I/`"lAFe  
    •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。 U05;qKgkDF  
    •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。 s*k)h,\  
    #7i*Diqf9  
    E+aePoU  
    光栅结构参数 )A\ ZS<@Z7  
    lI<jYd 0fZ  
    xU.1GI%UPu  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 C^L+R7  
    •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 <y@v v  
    •因此,选择以下光栅参数: }R%H?&P  
    - 光栅周期:250 nm BS9VwG <Z  
    - 填充系数:0.5 (xHmucmwp  
    - 光栅高度:200 nm F\ B/q  
    - 材料n1:熔融石英 suY47DCX)  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) IrMH AM5K  
    h[W`P%xZ  
    0$*7lQ<a#M  
    7*l$ i/!  
    偏振状态分析 xDo0bR(  
    aV\i3\da  
    n9B5D:.G  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 X' `n>1z  
    •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。  0k (-  
    •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。 rYb5#aT[  
    qX ,q*hr-  
    J$#T_4 )  
    vGkem J^/  
    产生的极化状态 =W~7fs  
    IRN,=  
    Pk;\^DRC  
    MgXZN{  
    kelBqJ-,p  
    其他例子 y b hFDx  
    2:38CdkYp  
    /6 ')B !&  
    •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。 ui%#f1Iq  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 $ VT)  
    ]l,D,d81  
    ,b*?7R  
    7kLu rv  
    光栅结构参数 sY;h~a0n  
    c,a8#Og  
    Rw?w7?I  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 5i[O\@]5  
    •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。 LKM018H>  
    •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。 |{#St-!-7  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 @Tu`0 =8  
    9<gW~ s>  
    Qc7*p]E&  
    光栅#1 |/Vq{gxp+  
    `i`P}W!F  
     ``/L18  
    7h\is  
    \@@G\\)er  
    •仅考虑此光栅。 {8m&Z36E  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 \rr"EAk]  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 2+&;jgBP  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Qsbyy>o)  
    9K$ x2U  
    2XR!2_)O5  
    假设光栅参数: n*\o. :f  
    •光栅周期:250 nm \l!+l  
    •光栅高度:660 nm %e:+@%]  
    •填充系数:0.75(底部) {,Z|8@Sl%  
    •侧壁角度:±6° zZMKgFR@  
    •n1:1.46 WO>,=^zPJ  
    •n2:2.08 2hHRitt36  
    "09v6Tx  
    光栅#1结果 [A~?V.G  
    02,t  
    bPTtA;u  
    •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。 v~OMm \  
    •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。 KH2]:&6:Q  
    •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。
    Zq 4%O7%  
    LVUA"'6V  
    ]y#'U  
    Tgpu9V6  
    光栅#2 8=D,`wog  
    (PPC?6s  
    Tf#Op v)  
    X+ Sqw5rH  
    2D:/.9= 8v  
    •同样,只考虑此光栅。 V?OTP&+J%  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 @;O"-7Kk  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 MsIR~  
    假设光栅参数: {`):X_$T  
    •光栅周期:250 nm mX>N1zAz  
    •光栅高度:490 nm !Ge;f/@  
    •填充因子:0.5 3/gR}\=  
    •n1:1.46 reR@@O  
    •n2:2.08
    9 m8KDB[N  
    @tSB^&jUWu  
    光栅#2结果 T @^ S:K  
    @:im/SE  
    +o@:8!IM1  
    •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。 `Ij EwKra  
    •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。 ^Zvb3RJg  
    •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。 G+fo'ThG  
    Q&0`(okb  
    0to`=;JI  
    文件信息 K Zg NL|  
    I:t ?#)wl  
    E-1u_7  
    }bRn&)e  
    6*B%3\z)  
    QQ:2987619807 vJs6nVbK  
     
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