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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 B#/Q'V  
    w?kJ+lmOQy  
    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。 {pM?5"M MJ  
    ?T+q/lt4  
    L_=3<n E  
    概述 F1L:,.e`  
    ^&y$Wd]6  
    jck}" N  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 Y"A/^]  
    •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。 P ;IrBq6|o  
    •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 UG=K|OXWJ  
    a7N!B'y  
    o sKKt?^?  
    @E:,lA  
    衍射级次的效率和偏振
    Kq i4hK  
    0RoU}r@z4  
    M|:UwqV>  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 |4'Y/re  
    •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。 E Cyyl  
    •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)。 M(/r%-D  
    •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。 B^g ?=|{  
    •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。 j~*L~7  
    2RSt)3!},  
    8By|@LO  
    光栅结构参数 Ja9e^`i;  
    l\C.",CEcc  
    l+V>]?j  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 >,td(= :  
    •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 fkac_X$7  
    •因此,选择以下光栅参数: ocs+d\  
    - 光栅周期:250 nm |P%Jw,}]9  
    - 填充系数:0.5 wiiCd  
    - 光栅高度:200 nm <>Hj ;q5p  
    - 材料n1:熔融石英 'q`^3&E  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) ~c\e'&sc;  
    X 7rMeu  
    SJHr_bawd  
    [UH||qW  
    偏振状态分析 '*3h!lW1.  
    EVGt 5z  
     P Y  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 *6VF $/rP  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 "men  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 ]UmFhBR-  
    <[-nF"Q  
    V;v8=1t!  
    [EKQR>s)  
    产生的极化状态 #?S^kM-0  
    sfNE68I2  
    .nVa[B |.  
    (=om,g}  
    p9x(D/YP0  
    其他例子 a*&B`77`|  
    z*!%g[3I  
    r8xv#r1  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 Eq j_m|@  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 <P=twT;P  
    WHj'dodS  
    oaIi2=Tf  
    T: =lz:}I  
    光栅结构参数 \hx1o\  
    0E3[N:s  
    7Mg=b%IYs  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 sG92XJ  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 %yv<y+yP~  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 3v1iy / /  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 AHXSt  
    ,Vt/(x-  
    Y!nJg1  
    光栅#1 @}}$zv6l,  
    E2Q[ZoVS  
    !:q/Ye3.  
    X\bOz[\  
    ~?K~L~f5  
    •仅考虑此光栅。 e,W%uH>X  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 OC BgR4I  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 n(;|q&3  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 SAy=WV  
    BRgXr  
    ;V*l.gr'2  
    假设光栅参数: 5kCUaPu  
    •光栅周期:250 nm E87Ww,z8  
    •光栅高度:660 nm e4? >-  
    •填充系数:0.75(底部) lh7jux  
    •侧壁角度:±6° l1BtI_7p  
    •n1:1.46 t/VD31  
    •n2:2.08  : y%d  
    JB<Sl4  
    光栅#1结果 n*[XR`r}  
    DtXrWS/  
    ]>=}*=  
    •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。 UQ?XqgUM  
    •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。 nn@-W]  
    •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。
    0IBhb(X  
    D1zBsi94D  
    ~*z% e*EL  
    vq(0OPj8r[  
    光栅#2 Oo5w?+t  
     zv0l,-o  
    _>(^tCo  
    cW@Zd5&0S  
    <m)$K  
    •同样,只考虑此光栅。 v+46 QK|I&  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 ;z}i-cNae  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 u0|8Tgf  
    假设光栅参数: MQ 5R O;RY  
    •光栅周期:250 nm Ve}(s?hU5  
    •光栅高度:490 nm gQWa24  
    •填充因子:0.5 7puFz4+f  
    •n1:1.46 m$}R%  
    •n2:2.08
     P5a4ze  
    Ql/cN%^j$  
    光栅#2结果 ]zE;Tw.S  
    =,spvy'"*C  
    /uPcXq:L~  
    •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。 m0ER@BXRn  
    •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。 ($au:'kU  
    •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。 $WyD^|~SF  
    1+szG1U=  
    {.?ZHy\Rk  
    文件信息 qE&v ;  
    y"bByd|6  
    t<#mP@Mz=N  
    #hfXZVD  
    *X'Y$x>f  
    QQ:2987619807 60P#,o@G  
     
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