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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 >t Ll|O+  
    ^g eC?m  
    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。 _(.,<R5  
    NP_b~e6O=  
    &hri4p/  
    概述 =SqI# v  
    ;\[ el<Y)s  
    ;4] sP^+  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 y %4G[Dz  
    •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。 `PVr;&  
    •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 nm.~~h+8M  
    3duWk sERC  
    %@9pn1,  
    n 0*a.  
    衍射级次的效率和偏振
    yw3E$~k  
    ~DJ>)pp  
    @ 4%a  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 map#4\  
    •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"{2R>mU~  
    •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)。 :6}y gL*i  
    •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。 asQXl#4r  
    •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。 9=wt9` ?  
    %:~LU]KX  
    (ev(~Wc  
    光栅结构参数 Z F&aV?  
    pf'-(W+  
    +>,4d  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 |&hu3-(  
    •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 .tny"a&  
    •因此,选择以下光栅参数: )n&@`>vm  
    - 光栅周期:250 nm @C34^\aH+  
    - 填充系数:0.5 lm 1Mz  
    - 光栅高度:200 nm 7Ne`F(c  
    - 材料n1:熔融石英 MsL*\)*s  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) 9N kr=/I"P  
    3TS(il9A  
    j>KJgSs]&\  
    ?k7z 5ow  
    偏振状态分析 D:yj#&I  
    ;jEDGKLq  
    6AW{qU6  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 Cb5Rr +K=  
    •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。 |9X$@R  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 n M?mdb  
    V&75n.L  
    ygA~d9"  
    Qq.ht  
    产生的极化状态 uIO<6p)  
    K Qz.g3,  
    F/ODV=J-  
    :s}6a23  
    e[(XR_EY  
    其他例子 FYs-vW{  
    PDEeb.(.  
    S3G9/  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 yG`J3++ S  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 2qF ?%  
    TI9]v(  
    88GS Bg:YH  
    /2n-q_  
    光栅结构参数 ?C[W~m P  
    #9a\Ab  
    H:d@@/  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 8?> #  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 v%=@_`Ht  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 Ig sK7wn  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 K9*vWoP'  
    _=wu>h&7  
    Lcx)wof  
    光栅#1 w4m)lQM  
    l=*60Ag\J~  
    );]9M~$  
    nI_43rG:Uf  
    QQnpy.`:/  
    •仅考虑此光栅。 ~q.a<B`,t  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 IsC`r7  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 d=q&% gqN  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 m=hlim;P,  
    @&AUbxoj  
    N '8u}WO  
    假设光栅参数: 7Ntt#C;]U  
    •光栅周期:250 nm WB7pdSZ  
    •光栅高度:660 nm %]2hxTV  
    •填充系数:0.75(底部) C[Ap&S  
    •侧壁角度:±6° us ,!U  
    •n1:1.46 "x+o(jOy  
    •n2:2.08 Zt;dPYq>  
    r}-si^fo;  
    光栅#1结果 X#|B*t34  
    8,0WHivg  
    Cw*:`  
    •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。 hLqRF4>L  
    •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。 T ke3X\|  
    •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。
    G<2OL#Y-  
    %z0;77[1I  
    g[NmVY-o  
    y&-1SP<  
    光栅#2 W7F1o[  
    >{seaihK  
    [eWZ^Eh"I  
    )2tDX=D  
    EDl*UG83G  
    •同样,只考虑此光栅。 e2~$=f-  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 R;G"LT  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 _i/x4,=xv  
    假设光栅参数: \4/zvlo]h  
    •光栅周期:250 nm u%o]r9xl'  
    •光栅高度:490 nm DFk0"+Ky  
    •填充因子:0.5 lBpy0lo#  
    •n1:1.46 TbUouoc  
    •n2:2.08
    Q1b<=,  
    QGR}`n2D  
    光栅#2结果 u . xUM  
    !a.|URa7  
    :aIS>6  
    •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。 hR g?H  
    •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。 V!{}%;f  
    •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。 ccdP}|9e  
    Z7="on4  
    ^n@dC?  
     
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