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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 fI.X5c>WK  
    ^4[QX -_2  
    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。 ljg6uz1v %  
    Mx 3fT>?  
    ,WoB)V.{(  
    概述 l;h -`( 11  
    ,>kXn1 ,  
    ?<OyJ|;V  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 D51O/.:U2  
    •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。 Pc+,iK>  
    •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 hsK(09:J  
    pJo4&Ff  
    @P=n{-pIW  
    h9nh9a(2  
    衍射级次的效率和偏振
    A~s6~  
    @te}Asv  
    wSALK)T1{  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 QdD@[  
    •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。 a6d|Ps.\!  
    •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)。 daf-B-  
    •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。 `"xzC $  
    •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。 '&]6(+I>  
    zR=g<e1xe  
    IpKI6[2{`f  
    光栅结构参数 e&m TaCLG  
    # ?u bvSdU  
    kc@ \AZb  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 *JWPt(bnI  
    •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 ((BdT:T\_  
    •因此,选择以下光栅参数: u)D!RhV&  
    - 光栅周期:250 nm  |>Pv2  
    - 填充系数:0.5 MGo`j:0  
    - 光栅高度:200 nm eI -FJ/CJ  
    - 材料n1:熔融石英 {PL,3EBG  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) '?$< k@mJW  
    S;{[];  
    k$,y1hH;f8  
    (d[JMO^@8  
    偏振状态分析 \qJ^n %  
    1-G-p:|  
    BK.RYSN  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 UwDoueXs  
    •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。 $BOIa  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 L[:M[,?=`  
    n8&x=Z}Xs  
    >k 2^A  
    (Q|Y*yI  
    产生的极化状态 Bf,}mCq  
    pTYV@5|  
    ;s-fYS6(>{  
    %1i *Y*wg  
    h{PJ4U{W  
    其他例子 ?bG82@-  
    ZgzYXh2  
    }sfv zw_  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 .R@euIva  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ;FjI!V  
    G;AV~1i:~  
    >>>MTV f  
    `u8=~]rblj  
    光栅结构参数 D._7)$d  
    SsIN@  
    * \ tR  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 1[". z{V3*  
    •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。 uq]E^#^  
    •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。 7"{CBbT  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 []H0{a2{<  
    42 rIIJ1A  
    DJH,#re>  
    光栅#1 }An;)!>(nF  
    h)?Km{u%  
    l @r`NFWD@  
    ^aL> /'Y#|  
    ,,V uvn  
    •仅考虑此光栅。 1h?:gOig  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 MPJ0>Ly  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 K`cy97  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 zS}!87r)  
    lp]q%P  
    `)1qq @  
    假设光栅参数: 2!Pwg0%2  
    •光栅周期:250 nm 7FP @ vng  
    •光栅高度:660 nm n,|YJ,v[  
    •填充系数:0.75(底部) FHZQyO<|  
    •侧壁角度:±6° + hMF\@  
    •n1:1.46 A:,V)  
    •n2:2.08 #r80FVwiD  
    ;DI"9  
    光栅#1结果 !%G;t$U=M  
    <``krPi  
    9QN(Wq@  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 (FNX>2Mv  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 RS  Vt  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    ~fly6j|u  
    S L~5[f  
    Oat #%  
    [AAIBb +U  
    光栅#2 unkA%x{W;  
    ;+VHi%5Z  
    R&1 xZFj  
    4ak} "Z  
     7e@Bkq0)  
    •同样,只考虑此光栅。 'J#uD|9)  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 -<gQ>`(0  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 VDPq3`$+v{  
    假设光栅参数: coc :$Sr%  
    •光栅周期:250 nm 1s#GY<<  
    •光栅高度:490 nm `k'Dm:*`u4  
    •填充因子:0.5 ${, !Ll7)  
    •n1:1.46 6T A2  
    •n2:2.08
    b]5S9^=LI  
    R2nDK7j  
    光栅#2结果 )N]%cO(^  
    Z`bo1,6>  
    ju;Myi}a  
    •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。 lyrwm{&  
    •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。 / , .rUn1  
    •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。 gd\b]L?>O  
    {]:B80I;2  
    [fXC ;c1  
    文件信息 ? 1b*9G%i  
    \b|Q`)TK  
    -*&C "%e  
    ` oXL  
    3 p9LVa  
    QQ:2987619807 2/FH9T;e".  
     
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