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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 k10dkBoEX  
    vAy`8Q  
    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。 ZcYxH|Gn  
    WW:@%cQ@  
    QukLsl]U  
    概述 v< xe(dC  
    :y"Zc1_E  
    ^; Nu\c  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 @-NdgM<  
    •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。 #c5G"^)z  
    •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 ^}ngb Dn  
    )U6T]1  
    17a'C  
    B+ud-M0  
    衍射级次的效率和偏振
    &y;('w  
    '&I.w p`^  
    OHdC t  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 ReE6h\j  
    •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。 +#"CgZ]  
    •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)。 a<kx95  
    •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。 JpvE c!cli  
    •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。 x\]%TTps  
    ~gNa<tg"1  
    HpiP"Sl  
    光栅结构参数 ? DWF7{1  
    c_s=>z  
    V2W)%c'  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 @SF*Kvb&  
    •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 8`EzvEm  
    •因此,选择以下光栅参数: \S{ise/U  
    - 光栅周期:250 nm OxqK} %=Bw  
    - 填充系数:0.5 Pn\ Lg8  
    - 光栅高度:200 nm V:4]]z L}  
    - 材料n1:熔融石英 p~Fc *g[!  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) JK4vQWy  
    Smzy EMT  
    h2# G  
    X-|Lg.s  
    偏振状态分析 6J9^:gXW~  
    Ob$| IH8.  
    ^vS+xq|4"  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 dE=4tqv-r  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 d/vF^v*o0X  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 (, Il>cR4  
    )mT{w9u  
    eGwrSF#a)  
    R=yn4>I  
    产生的极化状态 HP}d`C5<R  
    MDGD*Qn~  
    &k*sxW'  
    %e.tAl"!$  
    8@^=k.5IK  
    其他例子 Oz<{B]pEul  
    P!q! +g  
    FGo{6'K(:  
    •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。 FO#`}? R`  
    •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$RVz   
    M >#kfSF+  
    *Hx{eqC  
    )F Q '^  
    光栅结构参数 49q\/  
    tu8n1W  
    P~/Gla k  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 7t &KKKV  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 #!(OTe L  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 +L D\~dcV+  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 gM~ dPM|  
    4jMC E&<  
    W9nmTz\8  
    光栅#1 MA1.I4dm  
    [(Ss^?AJW  
    #\U;,r  
    p2s*'dab7  
    {,61V;Bpm  
    •仅考虑此光栅。 'au7rX(  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 rvrv[^a(  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 jI:5[. Y  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 `IL''eJug_  
    :%-xiv  
     ,U':=8  
    假设光栅参数: WfYu-TK *  
    •光栅周期:250 nm X/Umfci  
    •光栅高度:660 nm y^pzqv  
    •填充系数:0.75(底部)  n aE;f)  
    •侧壁角度:±6° M_asf7|v  
    •n1:1.46 =w&JDj  
    •n2:2.08 :=9?XzCC  
    !;EG<ji,gj  
    光栅#1结果 >Wvb!8N  
    }Jfi"L  
    yv1Z*wTpO  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 hn]><kaA  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 n HiE$Y  
    •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。
    t<~$?tuZ  
    Fv_rDTo  
    h2M>4c  
    t*X k'(v  
    光栅#2 7S+_eL^  
    B"sQ\gb%Q  
    Y v22,|:  
    o9&&u1`M/  
    rZ}y'A   
    •同样,只考虑此光栅。 b3Nr>(Z<}  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 }?^V9K-  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Qry?h*p+`  
    假设光栅参数: %C}TdG(C  
    •光栅周期:250 nm 3!]S8Y*LQP  
    •光栅高度:490 nm 24;F~y8H  
    •填充因子:0.5 ;oL`fQyr  
    •n1:1.46 !e+ex"7  
    •n2:2.08
    %-u Ra\  
    J~dk4D\  
    光栅#2结果 i4"BN,NZ{  
    7Uy49cs,  
    dG5p`N %  
    •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。 :v-&}?  
    •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。 9em?2'ysa  
    •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。 @&H Tt  
    #|\w\MJamP  
    @0js=3!2  
    文件信息 }@VdtH  
    jN. '%5Q?H  
    %=C49(/K_  
    DK-V3}`q}  
    Ih_2")d  
    QQ:2987619807 ZV:cg v  
     
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