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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 L.uX  
    &O'6va  
    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。 9$z|kwU  
    to1{7q  
    dT%$"sj5  
    概述 3YG[~o|4  
    R N1q/H|  
    ?Sq?f?  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 6_m5%c~;+r  
    •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。 }jQxwi)  
    •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 hy"O_Le  
    <#s=78 g.3  
    S`Jo^!VJ4  
    /R@,c B=  
    衍射级次的效率和偏振
    MqBA?7  
    s:y~vd(Vi  
    (3DjFT3 w  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 Zxm Mw  
    •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。 tSVN}~1\  
    •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)。 hlpi-oW`  
    •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。 9 wun$!>&  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 NW'rqgG  
    2g elmQnc  
    9+G.86Iky  
    光栅结构参数 ieN}Ajl2  
    G[}$s7@k  
    3[g%T2&[  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 {8)Pke  
    •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 o~#cpU4{o  
    •因此,选择以下光栅参数: _;G. QwHr  
    - 光栅周期:250 nm DD3.el}6a  
    - 填充系数:0.5 cnQ;6LtFTz  
    - 光栅高度:200 nm +/tN d2  
    - 材料n1:熔融石英 la7VeFT  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) @5!Mr5;  
    )~ {T  
    O,`#h*{N  
    'u6T^YS  
    偏振状态分析 >hkmL](^  
    b'9\j.By  
    v+.  n9  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 6>rgoT)6~  
    •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。 WoVPp*zlX  
    •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。 'OI Ol  
    [?3]+xr :  
    nRYHp7`  
     |,*N>e  
    产生的极化状态 ]Ek6EuaK  
    !_Z\K$Ns  
    D# ZzhHHP  
    _MF:?p,l  
    ,(H`E?m1w4  
    其他例子 8$k`bZ  
     `mar-r_m  
    'R&Y pR  
    •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。 YP*EDb?f  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 xbbQ)sH&m  
    &cnciEw1  
    .<0|V  
    C-i9F%..  
    光栅结构参数 i3bH^WwE&k  
    a$0,T_wD  
    F't4Q  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 K4 \{G  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 f{ ;L"*L  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 KIY/nu   
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。  !t.  
    =L,s6J8_'  
    }V20~ hi  
    光栅#1 [BPK0  
    _[D6 WY+  
    (v<l9}!  
    Gjhpi5?%8  
    HPz9Er  
    •仅考虑此光栅。 Y nD_:ZK  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 5c(mgEvq  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 5 )tDgm  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 m2%OX"#e  
    OVwcjhQ  
    1(S0hm[ov  
    假设光栅参数: L#t^:%   
    •光栅周期:250 nm (u/-ud1p  
    •光栅高度:660 nm I-?PTr  
    •填充系数:0.75(底部) ~.FeLWP  
    •侧壁角度:±6° K fM6(f:  
    •n1:1.46 K]~! =j)v  
    •n2:2.08 Ue:LKK1Gsr  
    1!(Og~#(  
    光栅#1结果 <1t.f}}uX  
    mEL<d,XhI  
    1L~y!il  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 ~>&Jks_Q  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 41-u*$   
    •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。
    jXa;ovPK  
    ld*W\  
    %Aqt0e  
    C?xah?Sk  
    光栅#2 HPGIz!o  
    kn$2_I9  
    l(irNKutgo  
    8iv0&91Z  
    eo#2n8I>=1  
    •同样,只考虑此光栅。 XZh1/b^DMN  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 )$EmKOTt:  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 5|nT5oS  
    假设光栅参数: |M8FMH[_  
    •光栅周期:250 nm rI'kGqU  
    •光栅高度:490 nm &ikPa,A  
    •填充因子:0.5 ~__r- z  
    •n1:1.46 /$EX -!ie  
    •n2:2.08
    [8kufMY|  
    ec8 iZ8h8  
    光栅#2结果 `, lnBP3D"  
    4Nb&(p  
    %`]&c)&#Z  
    •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。 r$8(Q'  
    •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。 jDO"?@+  
    •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。 (h8RthQt  
    8QJ^@|7  
    "dkDT7  
     
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