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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 ^dYFFKQ  
    qECc[)B  
    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。 6jPaS!E  
    ;T-i+_  
    IC92lPM }  
    概述 tojJQ6;J  
    i ,4  
    }Jh!B|  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 jEit^5^5|  
    •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。 q,QMvUK:  
    •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 _o' jy^  
    B/i,QBPF]  
    ]rZ"5y  
    D@>P%k$$s>  
    衍射级次的效率和偏振
    [^1;8Tbk  
    cV&(L]k>`  
    |X~T</{8i  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 xqmJPbA  
    •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。 *ZKfyn$+~  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 b0m1O.&I_  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 q<,?:g$k  
    •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。 =WJ*$j(  
    h9>~?1$lz  
    YPf&y"E&H  
    光栅结构参数 s@^GjA[6+  
    W{=>c/  
    pOlQOdl  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 3L=vsvO4  
    •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 ~Jp\'P7*  
    •因此,选择以下光栅参数: - FA#hUK$  
    - 光栅周期:250 nm YpL{c*M  
    - 填充系数:0.5 N%_-5Q)so  
    - 光栅高度:200 nm o+/x8:   
    - 材料n1:熔融石英 _S2QY7/  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) Z;7f D  
    D GOc!  
    fVb&=%e  
    x4.-7%VV%  
    偏振状态分析 A}H)ojG'v  
    UKMrR9[x*  
    <`H:Am`  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 JgYaA*1X  
    •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。 aR*z5p2-w  
    •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。 ]*[S# Jk  
    @~QW~{y  
    ,Z&"@g  
    PO<4rT+B  
    产生的极化状态 #x':qBv#  
    ~iEH?J%i1r  
    _2}i8q:  
    5c3 )p^ ]g  
    19 bP0y  
    其他例子 [M Z'i/  
    cX E42MM  
    l4L&hY^  
    •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。 l_>^LFOA  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 t}_qtO7>  
    &" K74  
    l)a]V]oQ  
    RfEmkb<9Z  
    光栅结构参数 42ttmN1F  
    i/-Xpj]Zf  
    7=Ew[MOmM  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 `<b 3e(A  
    •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。 M:Xswwq  
    •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。 #f\U3p  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 yZUB8erb.  
    $-jj%x\}  
    xo7H^!_   
    光栅#1 9_ KUUA  
    C;G~_if4PR  
    fC&Egy  
    R l^ENrv!]  
    eaYQyMv@  
    •仅考虑此光栅。 [0Z r z+q  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 .!l#z|/x  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 2Z\6xb|u  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 |9~{&<^X  
    2\CFt;fk  
    F4YCU$V  
    假设光栅参数: NVcL9"ht*@  
    •光栅周期:250 nm 8QXxRD;0:  
    •光栅高度:660 nm k .KN9=o  
    •填充系数:0.75(底部) F?T3fINR  
    •侧壁角度:±6° b@/z^k{%  
    •n1:1.46 ,*@m<{DX)  
    •n2:2.08 bF|j%If%  
    2oGl"3/p  
    光栅#1结果 -KCm#!  
    &owBmpz  
    ?U cW@B{  
    •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。 tceQn ^|<  
    •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。 PfF7*}P  
    •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。
    CsQ}eW8uEf  
    qyP@[8eH  
    vp[~%~1(  
    IT'~.!o7/  
    光栅#2 M})2y+  
    {h7*a=  
    ne oT\HV  
    ]9l=geZd%;  
    Fwm{oypg%  
    •同样,只考虑此光栅。 "m3u}!`3  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 ,xn+T)2I  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 *h-_   
    假设光栅参数: =xS(Er`r  
    •光栅周期:250 nm #hH"g  
    •光栅高度:490 nm y9=/kFPRm  
    •填充因子:0.5 ;B:'8$j$  
    •n1:1.46 BBnj}XP*4  
    •n2:2.08
    ZgcA[P  
    Yih^ZTf]O?  
    光栅#2结果 z%hB=V!~91  
    ]mn(lK  
    Fm#4;'x5E  
    •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。 pV=X  
    •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。 vAy`8Q  
    •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=e\  
    zEl@jK,{$  
    QDzFl1\P  
    文件信息 bO>Mvf  
     =SRp  
    S"!nM]2L  
    l=Jbuc  
    B;SYO>.W  
    QQ:2987619807 Ja4O*C<  
     
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