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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 正序阅读 楼主  发表于: 2024-08-22
    摘要 s]xn&rd_  
    `<% w4 E  
    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。 yQC8Gt8  
    w}x&wWM  
    _~!c%_  
    概述 :} o{<U  
    =z}M(<G  
    <In+V  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 FXid=&T@0D  
    •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。 ,4(m.P10  
    •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 ''.\DC~K  
    &3P"l.j  
    ?6:e%YT  
    IY|>'}UU#  
    衍射级次的效率和偏振
    VJtRL')  
    ")W5`9  
    ,6wGdaMR  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 2*zMLI0.  
    •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。 ul\FZT 4  
    •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)。 yuF\YOA9  
    •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。 U@)WTH6d  
    •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。 8`q"] BQN  
    M+L0 X$}NZ  
    @DyMq3Gt?&  
    光栅结构参数 E |=]k  
    gq+#=!(2  
    YKa9]Q  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 +)7h)uq  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 qn` \g  
    •因此,选择以下光栅参数: qvRs1yr?q  
    - 光栅周期:250 nm 4n2*2 yTg  
    - 填充系数:0.5 lq)[  
    - 光栅高度:200 nm OC`Mzf%.  
    - 材料n1:熔融石英 KocNJ TB  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) w#;y  
    GUsJF;;V  
    z HvW@A'F  
    7*47mJyc  
    偏振状态分析 6,skF^   
    ,v(ikPzd  
    YU1z\pK  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 #M:Vwn JX  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 }M9I]\  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 sHHu<[psM  
    Gk<6+.c~  
    g|)yM^Vqr6  
    R%;dt<Dh  
    产生的极化状态 ]#J-itO  
    mB*;>   
    CSMx]jbb  
    \2)~dV:6+  
    _Ns_$_  
    其他例子 AJt4I W@  
    ks<+gL{K|i  
    l`*R !\  
    •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。 f >\~h,SLL  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 1zY" Uxp  
    7 9ZYRm2;  
    _(:bGI'.m  
    J|dj`Z ?  
    光栅结构参数 -2y>X`1Y  
    Yf x'7gj  
    Ert` ]s~  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 s C?-L  
    •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_tC:T4a  
    •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。 /QVhT  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 I>spJ5ls  
    -&r A<j  
    RMBPm*H  
    光栅#1 'E#Bz"T  
    zT jk^  
    UN`O*(k[  
    >/DlxYG?  
    hSSFmEpr  
    •仅考虑此光栅。 wRj&k(?*  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 Lz}mz-N  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 7cZ(gdQ/  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 &e1(|qax  
    l\~F0Z/O  
    Wj31mV  
    假设光栅参数: J, vEZT<Mt  
    •光栅周期:250 nm ^es/xt  
    •光栅高度:660 nm )zq sn  
    •填充系数:0.75(底部) BW&)Zz  
    •侧壁角度:±6° "TePO7^m  
    •n1:1.46 ,{{Z)"qaH  
    •n2:2.08 p ^Dm w0y  
    dO\irv)  
    光栅#1结果 @ykM98K  
    ]"4\]_?r  
    @(LEuYq}  
    •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。 ^Euqy,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。 +`Ypc  
    •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。
    L:RMZp*bK  
    p*" H&xA@  
    c~iAjq+c  
    nn6&`$(Q~  
    光栅#2 63y&MaqSJ  
    D]$X@2A  
    =aE!y5  
    hha^:,  
    84u %_4/  
    •同样,只考虑此光栅。 cSs??i D"q  
    •假设光栅有一个矩形的形状。  K na  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ld/\`s[i  
    假设光栅参数: :I^I=A%Pe(  
    •光栅周期:250 nm x6B_5eF  
    •光栅高度:490 nm q~*>  
    •填充因子:0.5 Dg2=;)"L  
    •n1:1.46 w-9fskd6e  
    •n2:2.08
    qx<h rC0Z&  
    %,[p[`NRYR  
    光栅#2结果 @`Foy  
    r__Y{&IO  
    V50FX }i  
    •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。 ?:XbZ"25pJ  
    •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。 Q,z^eMk'd:  
    •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。 a}MSA/K(  
    cq \()uF'c  
    yUzpl[*e^o  
     
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