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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 ]EfM;'j[  
    b@ OF  
    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。 Psw<9[  
    WVdF/H  
    k~=W1R%  
    概述 i/j eb*d0  
    _5H0<%\  
    +?ilTU  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 eD)@:K  
    •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 O@7o  
    •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 ij&T \):d  
    a]t| /Mq  
    xi}3)5  
    y1t,i. [  
    衍射级次的效率和偏振
    j% Wip j;c  
    d 6zfP1lQ  
    @%gth@8  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 u$ a7  
    •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。 <]'1YDA  
    •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)。 O>/& -Wk=  
    •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。 Ybp';8V  
    •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。 0/fA>%&  
    q4]Qvf>  
    9PWqoz2c  
    光栅结构参数 j!/=w q  
    }HxC ~J"  
    !b?`TUt   
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 SxW.dT8{  
    •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 E=RX^ 3+}  
    •因此,选择以下光栅参数: Ct9dV7SH  
    - 光栅周期:250 nm QP<vjj%  
    - 填充系数:0.5 P*3PDa@  
    - 光栅高度:200 nm 9N;y^ Y\  
    - 材料n1:熔融石英 }q=uI`  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) _&K>fy3t&  
    U^d!*9R  
    A*TO0L  
    ;C~:C^Q\H  
    偏振状态分析 k@9CDwh*s  
    gF~#M1!!  
    "q3W& @  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。  ^9 Pae)  
    •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。 Zz^!QlF  
    •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。 `c/mmS  
    7Lx =VX#]q  
    +a74] H"  
    _7N^<'B  
    产生的极化状态 W ,|JocDq  
    ;\rKkH"K8n  
    d5l].%~  
    /YD2F  
    K%3{a=1  
    其他例子 V[avV*;3i  
    -(l/.yE{X  
    2_ CJV  
    •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。 IpKpj"eoLy  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 *L=F2wW  
    C~8;2/F7  
    e3}o3c_  
    6w*q~{"(  
    光栅结构参数 );1UbqVPD  
    ,xuA%CF-S  
    T )"U q  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 on)$y&lu  
    •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。 ZGC*BP/  
    •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。 /4Jm]"  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 i3U_G^8  
    +=g9T`YbE  
    T56%3i  
    光栅#1 V^qkHm e  
    H* vd  
    7N}==T89[  
    sX|bp)Nw  
    &v.Nj9{zi  
    •仅考虑此光栅。 Gu5%Pou  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 (cdtUE8  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 d <Rv~F@  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 v)-:0 f  
    wSIfqf+y  
    aT20FEZ;  
    假设光栅参数: q !Nb-O{  
    •光栅周期:250 nm &b!|Y  
    •光栅高度:660 nm yvt :/X  
    •填充系数:0.75(底部) K4j2xSGeo  
    •侧壁角度:±6° CK#SD|~:  
    •n1:1.46 ^eY% T5K   
    •n2:2.08 -| YDKcL  
    ;ep@ )Y  
    光栅#1结果 y)0wM~E;2  
    g"|Z1iy|9  
    Oj0,Urs7  
    •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。 !1fAW! 8  
    •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。 CT#u+]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。
    jb0LMl}/A  
    JmJNq$2#c  
    RZ GD5`n  
    z<z\)  
    光栅#2 V;%DS)-  
    dXewS_7  
    m5KAKpCR,  
    _~a5;[~  
    PBY ^m+  
    •同样,只考虑此光栅。 tk~<tqMq  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 Z!SFJ{  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Ub| -Q  
    假设光栅参数: 7B8.;0X$W  
    •光栅周期:250 nm cH{[\F"Eb  
    •光栅高度:490 nm X+;{&Efrl  
    •填充因子:0.5 ZD t|g^  
    •n1:1.46 6Cz%i 6)  
    •n2:2.08
    wh)Ujgd  
    SVj4K \F  
    光栅#2结果  <6[P5>  
    7@l.ZECJ1  
    \*.u (8~2o  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 <WGx 6{  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 ?^3Q5ye  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 z57|9$h}w  
    mmx; Vt$i  
    ua HB\Uc  
     
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