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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 qri}=du&F  
    xm<v"><  
    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。 FOOQ'o[}  
    @-'/__cgt  
    P0%N Q1bn  
    概述 {S5RK-ax  
    LP^p~5Az  
    5h`m]#YEG  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 +1otn~(E  
    •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。 V";mWws+?#  
    •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 J+ Jt4  
    Km6Ub?/7o  
    2[jL^ XMM  
    PD6MyW05%9  
    衍射级次的效率和偏振
    8weSrm  
    x96qd%l/  
    B#FHf Z  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 _1I K$gb[  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 @v>l[6]>^  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 ppAmN0=G  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 v6wRME;JA  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 J.1O/Pw!.a  
    a?5WKO  
    ?qju DD  
    光栅结构参数 x&at^Fp  
    lV P9=  
    >vUB%OLyP  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 h/,R{A2mO  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 &Fw[YGJayz  
    •因此,选择以下光栅参数: CPVzX%=  
    - 光栅周期:250 nm <^d!Vzr]  
    - 填充系数:0.5 hHcJN  
    - 光栅高度:200 nm Z}|TW~J=  
    - 材料n1:熔融石英 %dEB/[  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) +T9Q_e*  
    ov8 ByJc  
    59V#FWe-  
    DhZ:#mM{  
    偏振状态分析 n'T He|:I  
    !_qskDc-  
    ODm&&W#*  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 2;8Xz 6T  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 <>%,}j 9  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 vkJ)FEar  
    Y=r!2u6r~  
    t{!/#eQC  
    fV 3r|Bp  
    产生的极化状态 bG "H D?A_  
    >QXzMN}o  
    l09Fn>wa  
    UEzsDJu  
    l';pP^.q  
    其他例子 2gt+l?O<PS  
    ?]^zD k@~  
    sI'a1$  
    •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。 UVrQV$g!  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 W;4Lkk$  
    Y,C=@t@_  
    '_V #;DI  
    ;J]25j]]  
    光栅结构参数 _pW_G1U  
    vYdR ht\(  
    JBz}|M D  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 8!&nKy<Y  
    •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。 @D)Z{=>{=5  
    •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。 L1sqU-gt  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 /be=u@KV  
    4jQ'+ 2it  
    [>f]@>  
    光栅#1 # Q}_e7t  
    C ZJV_0  
    &R,9+c  
    yY Y Nu`  
    m[spn@SF  
    •仅考虑此光栅。 3+ =I;nj  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 GX  }q9  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 gyev5txn  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 b0rX QMu  
    ~M5:=zKQ  
    *t(4 $  
    假设光栅参数: _1aGtX|W  
    •光栅周期:250 nm dQD$K|aUp  
    •光栅高度:660 nm 9C/MRmv`  
    •填充系数:0.75(底部) a[sKE?  
    •侧壁角度:±6° z C=a3  
    •n1:1.46 *nRNg.i3D  
    •n2:2.08 !77NG4B  
    :HRT 2I  
    光栅#1结果 .IgRY\?Q  
    -R0/o7  
    s9O2k}]  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 xzm@ v(  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 OX\$nQ\o  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    4r&f%caU  
    o5!f#Y  
    jn JZ# =)  
    -:<lkq&/  
    光栅#2 ;JT(3yK4>p  
    7C7>y/uS  
    irKIy  
    +&5' uAe  
    gmP9j)V6  
    •同样,只考虑此光栅。 ab.tH$:<  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 2'|8Q\,:4Z  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 6B" egYv  
    假设光栅参数: 63 2bN=>  
    •光栅周期:250 nm Zb_apjg[4  
    •光栅高度:490 nm <+v{GF#R  
    •填充因子:0.5 ~aTKG|74  
    •n1:1.46 h/)_) r.x  
    •n2:2.08
    'wQv3 ;  
    poT&-Ic[  
    光栅#2结果 Udgqkl  
    TQ ]dW  
    eSfnB_@x2  
    •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。 5l{Ts04k%  
    •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。 ~F!,PM/  
    •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。 ]Oeh=gq  
    YcDe@Zuwn  
    w0lT%CPx  
    文件信息 np9dM  
    j:,9%tg  
    "rhYCZ B  
    B&0; 4  
    8sOQ9  
    QQ:2987619807 :"1|AJo)  
     
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