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    [技术]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: 2024-08-22
    摘要 n:5*Tg9  
    ^jMo?Zwy  
    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。 > [|SF%  
    B\ a#Vtyut  
    )gq(  
    概述 C},$(2>0+  
    ;q&\>u:  
    Q|W!m0XO  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 kg_f;uk+  
    •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 #O .-/&Z  
    •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数 lt&30nf=  
    H9Pe,eHs  
    "UY.; P  
    WsCzC_'j.  
    衍射级次的效率和偏振
    Y; eJo  
    V-(LHv  
    WxS=Aip'  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 y'k4>,`9e  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 \..(!>,%F  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 |KFWW  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 =c8U:\0  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 ab 1\nzpd  
    #:68}f"$  
    NB&u^8b  
    光栅结构参数 qpl"j-  
    <>JDA(F"  
    j1>77C3  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 LE Y Y{G?  
    •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 [21tT/  
    •因此,选择以下光栅参数: t@/r1u|iq  
    - 光栅周期:250 nm Hf %;FaJ=  
    - 填充系数:0.5 ^U_B>0`ch  
    - 光栅高度:200 nm \Rp)n=|  
    - 材料n1:熔融石英 7@DinA!  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) l{Hi5x'H  
    %p2C5z?  
    wrn[q{dX  
    -lMC{~h\(S  
    偏振状态分析 nL+*Ja  
    Sjr(e}*  
     fV}\  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 o D* '  
    •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。 3 XfXMVm  
    •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。 _k sp;kH?)  
    8d)F#  
    u>S&?X'a  
    RFK N,oB  
    产生的极化状态 Vn/6D[}Tu  
    TTE#7\K~B  
    *=/XlSWF  
    cR5<.$aY  
    m'qMcCE  
    其他例子 W: ?-d{  
     Uero!+_  
    NOS5bm&-  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 7GP?;P  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 _~cmR<  
    ]owH [wvX  
    [U jbox  
    D!m hR?t  
    光栅结构参数 ,Xh4(Gn#b  
    *Cb(4h-  
    J5o"JRJ"  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 u\E.H5u27  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 ]52_p[hZ}<  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 'QV 4 =h`  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 1_p'0lFe  
    8p211MQ<  
    Yj"UD:p  
    光栅#1 b R6bS7$  
    cQ8:;-M   
    S77Gc:[;8  
    r"Bf@va  
    foFn`?LF  
    •仅考虑此光栅。 zm}1~A  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 7RLh#D|  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 )} #r"!  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Ww p^dx`!  
    OiOL 4}5(  
    u<8Q[_E&  
    假设光栅参数: B%pvk.`  
    •光栅周期:250 nm btY Pp0o~  
    •光栅高度:660 nm Iu[EUi!"  
    •填充系数:0.75(底部)  @bx2=  
    •侧壁角度:±6° g3Q #B7A  
    •n1:1.46 |l|]Tw  
    •n2:2.08 mOB\ `&h5  
    H5AY6),  
    光栅#1结果 P2p^jm   
    ^ \?9W  
    hmH$_YP}  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 o7+/v70D  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 n`,Q:  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    %)D7Dr  
    JK(&E{80  
    H1[aNwLr  
    k +Oq$Pi  
    光栅#2 "!tB";n  
    @_Zx'mTI  
    ?5Fj]Bk]  
    oc(bcU  
    Z@ kC28  
    •同样,只考虑此光栅。 qM0MSwvC=  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 [ q&J"dt  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 wM)w[  
    假设光栅参数: :RsPGj6   
    •光栅周期:250 nm -G;1U  
    •光栅高度:490 nm .6 NSt  
    •填充因子:0.5 x]oQl^ F  
    •n1:1.46 lF( !(>YZ  
    •n2:2.08
    q4i8Sp>  
    yU"G|Ex  
    光栅#2结果 0JNOFX  
    I_G>W3  
    LG#w/).^  
    •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。 P(epG?Qg  
    •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。 Db=>7@h3C  
    •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。 Iv72;ZCh?6  
    >iH).:j  
    \GvY`kt3  
     
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