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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: 2021-05-25
    摘要 |2E:]wT}qg  
    1B#iJZ}  
    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。 s !IvUc7'  
    }<qZXb1  
    h ,\5C/  
    概述 MQe|\SMd  
    (A )f r4  
    Nwj M=GG  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 G#Kw6  
    •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。 cOf.z)kf6  
    •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 wg+[T;0S  
    qZdA%  
    2:RFPK  
    H|S hi/  
    衍射级次的效率和偏振
    ;qO3m -(d  
    X?YT>+g;  
    j0^1BVcj  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 J%]5C}v \  
    •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。 #_Zkke~{  
    •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)。 ]SAGh|+xl  
    •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。 rB-R(2 CCN  
    •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。 Q\W)}  
    U2r[.Ru  
    ~g9~D}48k'  
    光栅结构参数 P2&0bNY  
    mPF<2:)wv  
    e,xJ%f  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 t7yvd7  
    •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 z6Fl$FFP  
    •因此,选择以下光栅参数: iGSF5S  
    - 光栅周期:250 nm !UR3`Xk  
    - 填充系数:0.5 qpQiMiB#g'  
    - 光栅高度:200 nm Ng1bjq}E2  
    - 材料n1:熔融石英 KRX\<@  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) Y[|9 +T  
    Jz4;7/  
    B}P!WRNmln  
    7|"l/s9,  
    偏振状态分析 _R^ZXtypd  
    P1z:L  
    ^I9U<iNIL  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 37biRXqLH  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 XTA:Y7"O  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 p(-EtxP  
    f*:N*cC  
    L{GlDoFk  
    !u:Fn)j  
    产生的极化状态 OLWn0  
    |'lNR)5  
    ^hsr/|  
    2kOaKH[(q  
    OJ7 Uh_;/  
    其他例子 >sdF:(JV&  
    U\W$^r,  
    G0kF[8Am  
    •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。 Q,:h`%V  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ?&!!(dWFH  
    me F.  
    -tx%#(?wH  
    'SXLnoeTa  
    光栅结构参数 ~.6% %1?  
    2"k|IHs1  
    ,S m?2<  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 dNCd-ep  
    •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。 oCLM'\  
    •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。 _j4 K  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 tk)}4b^\%j  
    e A3 NyL  
    bMsThoePT  
    光栅#1 A/&u /?*C  
    ' R2*3<  
    G^z>2P  
    Dw 5Ze  
    uhv_'Q  
    •仅考虑此光栅。 VD $PoP  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 OlptO60{ ]  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 mwn$ey&QE  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 e|>@ >F]K  
    +;)Xu}  
    "rc QS H  
    假设光栅参数: ;mr*$Iu7|  
    •光栅周期:250 nm |Om9(xT  
    •光栅高度:660 nm !s ! el;G  
    •填充系数:0.75(底部) k nzo6  
    •侧壁角度:±6° E(z|LS*3  
    •n1:1.46 4/_! F'j  
    •n2:2.08 . Y$xNLoP[  
    {d0 rUHP  
    光栅#1结果 i5_l//]  
    n<@C'\j@  
    f+.sm  
    •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。 7Bd=K=3u  
    •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。 {9) HB:  
    •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。
    |eFaOL|  
    ~Y;Z5e=  
    loHMQKy@  
    bYX.4(R  
    光栅#2 }[PC YnS  
    ]l3Y=Cl  
    C1qlB8(Wh>  
    _ /Eg_dQ~@  
    32y 9rz  
    •同样,只考虑此光栅。 '#oH1$W]  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 #;+SAoN  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 -G'3&L4 D  
    假设光栅参数: t! u>l  
    •光栅周期:250 nm cxFyN ;7  
    •光栅高度:490 nm ccx0aC3@I  
    •填充因子:0.5 S\GxLW@x  
    •n1:1.46 ;#8xRLW  
    •n2:2.08
    -a"b:Q  
    :~ &#9  
    光栅#2结果 ??LE0i  
    R((KAl]dL  
    7osHKO<?2  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 :QHh;TIG=<  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 T-x9IoE  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 ?k@;,l :s  
    C*1 1?B[  
    [M:<!QXw  
    文件信息 x2/ciC  
    8o).q}>&  
    6\VZ 6oS  
    `D$RL*C;M`  
    ^gY'^2bzxu  
    QQ:2987619807 zyt >(A1  
     
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