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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 r|<6Aae&  
    dIvy!d2l  
    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{,Nx  
    ;>8kPG  
    )J&|\m(e  
    概述 lirNYJ]tO  
    ,%kmXh  
    5\xr?`VZ  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 EsTB(9c?  
    •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。 pcnl0o~  
    •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 /22nLc;/Cx  
    7LfcF  
    !3@{U@*Z]  
    drI\iae{^  
    衍射级次的效率和偏振
    St+ "ih%  
    $T?]+2,6;  
    +mLD/gK`  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 zSKKr?{  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 JYQ.EAsr!  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 >nK%^T  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 Y[@0qc3UO  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 O>%$q8x@i  
    |g!`\@O  
    C B/r]+4  
    光栅结构参数 2QL?]Vo  
    +j.qZ8  
    t0.;nv@A0  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 e}e6r3faz  
    •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 y6FKg)  
    •因此,选择以下光栅参数: _4v"")Xe  
    - 光栅周期:250 nm 8ljuc5,J  
    - 填充系数:0.5 lm*g Gy1i  
    - 光栅高度:200 nm Mb.4J2F?  
    - 材料n1:熔融石英 `BjR.xMv  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) )b0];&hw]  
    BPewc9RxV  
    IJ_ m  
    F,&)X>:l  
    偏振状态分析 1x{kl01m%  
    :BD>yOlG  
    1O0X-C,wo$  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 #A )Ab%r8"  
    •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。 QZ~0o7  
    •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。 N571s  
    j8a[ (  
    W-m"@<Z  
    5gshKmt_  
    产生的极化状态 R$d7\nBG  
    ?-,6<K1  
    'yr{^Pek  
    =) }nLS3t  
    $@.jZ_G  
    其他例子 pV=@sz,G  
    `*k@4.J{  
    SY T$3|a  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 ?Oc -aa  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 RB;BQoGX  
    CmnHh~%  
    l'uOORI  
    3AeH7g4<  
    光栅结构参数 J^:n* C  
    9.s,:?5e  
    dB7ZT0L\  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 Ww`&i  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 KUKI qAA  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 R6P\T\~E  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 2Wl{Br.  
    GHG,!C  
    :)4*^a/lC  
    光栅#1 Z&Pu8zG /m  
    sLhDO'kM  
    Y0RgJn  
    fGarUV  
    !8/gL  
    •仅考虑此光栅。 = F<:}Tx)C  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 X=,6d9,  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Nfaf;;J}  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 LGVlc@0'  
    fRNP#pi0u  
    IaasHo\  
    假设光栅参数: ti2  
    •光栅周期:250 nm =/}X$,@2  
    •光栅高度:660 nm HeozJ^u\?  
    •填充系数:0.75(底部) !\x?R6K  
    •侧壁角度:±6° {[^#h|U  
    •n1:1.46 Nfb`YU=  
    •n2:2.08 PeNF+5s/K  
    :<utq|#s  
    光栅#1结果 iLtc HpN  
    niWx^gKb$  
    y6%<zhs  
    •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。 e{!vNJ0`  
    •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=:IEk  
    •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。
    l &Z(K,6  
    %),!2_ x~  
    JXm?2 /  
    d+5:Qrr  
    光栅#2 P4 6,o  
    _]o5R7[MQ  
    X4Xf2aXI  
    o5 WW{)Q  
    hk;bk?:m  
    •同样,只考虑此光栅。 784;]wdy\  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 TQ'e  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 :Tb7r6  
    假设光栅参数: w1i?# !|  
    •光栅周期:250 nm Euu ,mleM  
    •光栅高度:490 nm #T"64%dX  
    •填充因子:0.5 3cThu43c  
    •n1:1.46 q%S8\bt  
    •n2:2.08
    I?M@5u  
    J"&y |; G  
    光栅#2结果 N^J*!]|  
    &t6Tcy  
    ";dU-\3M  
    •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。 fU ={a2  
    •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。 oMc1:=EG  
    •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。 W ~NYU  
    #LWg"i  
    38wq (  
    文件信息 H,|YLKg-|  
    g1V)$s 7  
    Q52 bh'cuU  
    !Uy>eji}  
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    QQ:2987619807 or.\)(m#(  
     
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