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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 mbv\Gn#>  
    >x@]w sj  
    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。 <ro0}%-z>M  
    1i#uKKwE  
    l5Z=aW Q  
    概述 3 1KMn  
    +`9 ]L]J]4  
    @Ek''a$  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 & S_gNa  
    •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。 _CAW D;P  
    •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 [&t3xC,  
    B)/X:[  
    Htl6Mr*{  
    2\l7=9 ]\3  
    衍射级次的效率和偏振
    %!%3jo0t  
    J}EQ_FC"$  
    Gnp,~F"  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 i;lzFu )G  
    •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。 l"o@.C} 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)。 LW?] ~|  
    •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。 W=}l=o!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。 \$ ^z.  
    ]Gow  
    hJ.XG<?]$  
    光栅结构参数 I? dh"*Js&  
    y/mxdP w  
    En8-Hc#NC  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 *!%y.$\cE  
    •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 iq,qf)BY.|  
    •因此,选择以下光栅参数: ~[Mk QJxe  
    - 光栅周期:250 nm #9EpQc[4  
    - 填充系数:0.5 ~cy/\/oO  
    - 光栅高度:200 nm kLMg|48fdI  
    - 材料n1:熔融石英 -en:81a#  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) b')CGqbbmT  
    ps"crV-W  
    gg'lb{oG  
    !FipKX  
    偏振状态分析 _7~O>.  
    iU9de  
    %\\l/{`eW  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 f3lFpS  
    •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。 0`"]mYH  
    •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。 5Ft bZ1L  
    X3(:)zUL  
    T({:Y. A;  
    T9KzVxHp5  
    产生的极化状态 Z/sB72K1  
    3m#v|52oj  
    tS#EqMf&o  
    w4:S>6X  
    ;nji<  
    其他例子 1d7oR`qr  
    {2R b^K  
    gZ   
    •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。 b=:AFs{  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 B @HW@j  
    dl'pl  
    " ^ydoRZ  
    Wd_bDZQ  
    光栅结构参数 $6XSW  
    # ,u7lAz  
    M A}=  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 L-^vlP)Vu  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 m;WUp{'  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 iN0pYqY*  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 apF!@O^}y  
    C 6Bh[:V&  
    l^:m!SA_  
    光栅#1 UAnq|NJO  
    699z@>$}  
    " _jIqj6C  
    ^6#FqK+{u  
    rhMsZ={M  
    •仅考虑此光栅。 S h=E.!  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 ?Vb=W)Es  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Ljq/f& c  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 g[@Kd  
    dD1`[%  
    pM@|P,w {  
    假设光栅参数: XPd>DH(Yc  
    •光栅周期:250 nm &Sj<X`^  
    •光栅高度:660 nm q5 I2dNE  
    •填充系数:0.75(底部) Op,Ce4A  
    •侧壁角度:±6° }+nC}A"BC  
    •n1:1.46 v$K`C;  
    •n2:2.08 lInq=  
    24:;vcb  
    光栅#1结果 ; @ h{-@  
    00Tm0rY  
    :J@q Xa  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 Vpt)?];P  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 [V  T&  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    xoTS?7  
    e,={!P"f  
    9hHQWv7TgK  
    0AY23/  
    光栅#2 S]KcAz(fX  
    %:h)8e-;  
    T3[\;ib}  
    ~cz] Rhq  
    ^b~&}uU  
    •同样,只考虑此光栅。 }pbyC  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 W'E!5T^  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 t LdBnf  
    假设光栅参数: Cc0`Ylx~(  
    •光栅周期:250 nm 6`]R)i]  
    •光栅高度:490 nm df nmUE  
    •填充因子:0.5 LG [ 2u  
    •n1:1.46 Cfyas'  
    •n2:2.08
    |VB}Kv  
    6TbDno/!'  
    光栅#2结果 #] vq <Y  
    xrA(#\}f$  
    tE]g*]o  
    •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。 9r fR  
    •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。 }; +'  
    •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。 'X_iiR8n@p  
    *#+d j"  
    I--WS[  
     
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