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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 XDi[Iyj  
    _jCjq   
    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。 &MsBcP[  
    gKGM|0u|r  
    S\O6B1<:  
    概述 NP*M#3$[  
    ,ZLg=  
    t'0dyQ%u  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 tkGJ!aUt  
    •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。 \aG:l.IM0  
    •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 >HXmpu.O  
    L'Fy\K\  
    /N&)r wc  
    <C9_5C e~  
    衍射级次的效率和偏振
    W!BIz&SY:-  
    &% \`Lwh  
    "cUCB  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 $lMEZt8A  
    •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。 4W''j[Y/  
    •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)。 @gZ<!g/vza  
    •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。 C,xM) V^a  
    •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。 &L S&O  
    E5<}7Pt  
    {~"6/L  
    光栅结构参数 WwF4`kxT  
    (fjAsbT  
    @ 0RB.-  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 uI I: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 p ft6 @ 'q  
    •因此,选择以下光栅参数: ~agzp`!M  
    - 光栅周期:250 nm $(6 .K-D  
    - 填充系数:0.5 @{Q[M3l  
    - 光栅高度:200 nm }bVWV0Aeim  
    - 材料n1:熔融石英 H0 YxPk)  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) ;_lEu" -  
    zW_V)U Ne  
    )k8=< =s  
    6"Km E}  
    偏振状态分析 0UmKS\P  
    I9`R L Sn  
    w$cic  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 =;/4j'1}9  
    •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。 n#G I& U  
    •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。 @JWoF^U  
    l0 H,TT~2  
    yuvt<kz  
    o Ohm`7iy  
    产生的极化状态 QJ`#&QRp  
    bN$!G9I!,  
    aPq9^S*  
    ,x?H]a)  
    _$me.  
    其他例子 x7X"'1U  
    6}.B2f9  
    `CI9~h@k  
    •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。 0}YR=  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 U n#7@8,  
    . F0V  
    pCz;km  
    |i"A!r W  
    光栅结构参数 z^Nnt  
    WYQJ +z5  
    2sjP":  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 /LM*nN$%  
    •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。 ~y}M GUEC  
    •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。 5r<%xanXW/  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 xa`&/W>  
    O~g _rcG  
    cWl)ZE<hM  
    光栅#1 z= -u89]  
    p;:tzH\l  
    2B_6un];W  
    x\XgQQ]-  
    #D3e\(  
    •仅考虑此光栅。 QeA)@x.p  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 @5H1Ni5/o@  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 PNXZ3:W  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 . ({aPtSt!  
    |EaGKC(   
    (| Am  
    假设光栅参数: ics  
    •光栅周期:250 nm $Trkow%F]  
    •光栅高度:660 nm k0?4vA  
    •填充系数:0.75(底部) FyYQ4ov0&o  
    •侧壁角度:±6° 9U6y<X  
    •n1:1.46 FpE83}@".w  
    •n2:2.08 9u1)Kr=e  
    ,JT|E~P?8  
    光栅#1结果 :Tw3Oo_~S  
    Hjli)*ev  
    2GcQh]ohc  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 x;LyR  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 E=w$r  
    •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。
    ?V#%^ 57p  
    m^h"VH,   
    "OFYVK\]i  
    Y>EwU  
    光栅#2 (`4^|_gw  
    aZ2liR\QE  
    Es zwg  
    &qFdP'E;$  
    pq*b"Jku1  
    •同样,只考虑此光栅。 \P!v9LX(  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 9x&,`95O  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 jgYUS@}  
    假设光栅参数: *-Y77p7u  
    •光栅周期:250 nm 2Y&z}4'j  
    •光栅高度:490 nm ]1%H.pF  
    •填充因子:0.5 n<\^&_a  
    •n1:1.46 Y:G6Nd VFM  
    •n2:2.08
    KwWqsuju  
    z]Z>+|  
    光栅#2结果 q NU\XO`H  
    $WnK  
    8;p6~&).C~  
    •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。 jN 5Hku[?  
    •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。 kJ>l, AD/  
    •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。 *f.eyg#  
    q>r9ooN  
    \ Yz>=rY  
     
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