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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 */\.-L{h  
     jPs+i  
    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。 /Mk)H d  
    :1{j&$  
    ;+jp,( 7  
    概述 nY8UJy}<oL  
    p']AXJ`Z  
    =;`YtOL  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ((5zwD  
    •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,:=p`  
    •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 roA1= G\Q  
    |HA7 C  
    q1gf9` 0  
    N<{ `n;  
    衍射级次的效率和偏振
    U\ L"\N7  
    *Q>:|F[vM  
    &-* nr/xT  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 "4`%NA  
    •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。 O7\s1 V;  
    •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)。 S?{5DxilO  
    •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。 6Te}"t>  
    •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。 Y; w]u_  
    [v`4OQF/  
    cDx^}N!  
    光栅结构参数 :9#`| #uh  
    |W <:rT  
    @( t:E`8  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 G4}q*&:k  
    •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 }*'ha=`J  
    •因此,选择以下光栅参数: |rvrSab)  
    - 光栅周期:250 nm jQb D2x6(  
    - 填充系数:0.5 [1*/lt|+p  
    - 光栅高度:200 nm 6:,^CI|@ t  
    - 材料n1:熔融石英 6ZR0_v;TD  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) 9yh@_~rZ  
    V\"5<>+O  
    NM@An2  
    FNuu',:  
    偏振状态分析 w b[(_@eZ  
    mc'p-orAf  
    _Pkh`}W:  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 dO[4}FZ$  
    •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。 RV` j>1  
    •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。  62jA  
    C6w{"[Wv=X  
    vR$5ItnT  
    t {"iIz_S  
    产生的极化状态 e{;e   
    $at|1+bQ  
    F 29AjW86  
    \zU5G#LQ  
    6W=:`14  
    其他例子 Xt =bc  
    At(9)6n8  
    Y2-bU 7mo  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 8~E)gV+v  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 r%pFq1/'!  
    l;A_Aii(  
    BA-nxR  
    ef&@aB  
    光栅结构参数 j\f$r,4  
    N| Pm|w*?  
    =-LX)|x}  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 <y!r~?  
    •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。 A#S:_d  
    •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。 /zf>>O`  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 i[{] LiP  
    n-3j$x1Ne  
    Uob|Q=MQ  
    光栅#1 `HG19_Z  
    =jc8=h[F<  
    Lc<xgN+cJ  
    ACO4u<M)  
    2j7d$y*'  
    •仅考虑此光栅。 b',bi.FH  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 vQ mackY  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 @z)tC@  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Tki/ d\!+  
    wp.e3l  
    @O}j:b  
    假设光栅参数: 4V|z)=)A  
    •光栅周期:250 nm 9jGuelwN  
    •光栅高度:660 nm otf%kG w  
    •填充系数:0.75(底部) 5`'=Ko,N  
    •侧壁角度:±6° NcBe|qxQ  
    •n1:1.46 ?vn 0%e868  
    •n2:2.08 =8p+-8M[d  
    ' P`p.5nH  
    光栅#1结果 6'Yn|A  
    <hZ}34?]i2  
    c4>sE[]  
    •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。 =+}}Sv2  
    •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。 qzt2j\v  
    •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 b  
    b2X'AHK S  
    (SsH uNt.  
    ?h)3S7  
    光栅#2 R``V Q  
    x56 F  
    xSDE6]  
    _8b]o~[Z+  
    >9<8G]vcH  
    •同样,只考虑此光栅。 PR@4' r|a  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 x)VIA]  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 bI]UO)  
    假设光栅参数: Mj B< \g>  
    •光栅周期:250 nm \W`}L  
    •光栅高度:490 nm iCnUnR{  
    •填充因子:0.5 YNC0Z'c9  
    •n1:1.46 '!^E92  
    •n2:2.08
    40Qzo%eL  
    lii ]4k+z  
    光栅#2结果 Md>f  
    VyoE5o  
    `@$"L/AJ  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 85|95P.<  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 K\KO5A  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 MeI2i  
    NB+$ym  
    \'??  
    文件信息 7"n1it[RJ8  
    #OD@q;  
    !q-:rW? c  
    ? gA=39[j  
    )-.Cne;n  
    QQ:2987619807 k>:/D  
     
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