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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 ;'|Mt)\  
    U,Duq^l~s  
    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。 DaK2P;WP  
    r N.<S[  
    d{gj8  
    概述 w<4,;FFlZ/  
    z.xOT;t  
    =VctG>ct|  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 '(qVA>S  
    •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。 q3~RK[OCq  
    •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 knPo"GQW  
    uPp9 UW  
    Hf ]w  
    --32kuF&(  
    衍射级次的效率和偏振
    [xrM){ItW  
    QIcg4\d%s  
    _kJ?mTk  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 R24ZjbKL  
    •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。  =Y0>b4  
    •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)。 Ep@NT+VnI  
    •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。 jW?siQO^  
    •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。 4ZRE3^y\"  
    :Hn*|+'  
    }EW@/; kC  
    光栅结构参数 mp\`9j+{  
    d- wbZ)BR  
    N@z+h  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 l5 FM>q  
    •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 ] VN4;R  
    •因此,选择以下光栅参数:  <0,szw  
    - 光栅周期:250 nm ;M95A  
    - 填充系数:0.5 c<(LXf+61  
    - 光栅高度:200 nm g#=~A&4q  
    - 材料n1:熔融石英 f a9n6uT  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) a9OJC4\  
    X+: >&&9  
    mJ>@Dh3>G  
    $?dAO}f3O)  
    偏振状态分析 :*{>=BD  
    CQLh;W`Dc  
    XyS|7#o  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 * MJl(  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 kH)JBx.  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 ~HR/FGe?N  
    <IX)D `mf  
    %?4 G^f  
    a zUEp8`|  
    产生的极化状态 G?y'<+Awt  
    9O%4x"*PO  
    Hko(@z  
    _>/T<Db  
    V?k"BU  
    其他例子 mNvK|bTUT  
    P p}N-me>_  
    05|,-S  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 PR&D67:Jy  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 Ul<'@A8  
    B Bub'  
    ATeXOe  
    }x[d]fcC  
    光栅结构参数 @;-6qZ  
    eBK s-2r  
    <z>K{:+>  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 xELnik_L2  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 `q ;79t  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 ~/@5&ajz  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 yrDWIU(8;6  
    &zCqF=/9U  
    ]g>@r.Nc  
    光栅#1 [N|/d#  
    KAR XC,z  
    doCWJ   
    8tc9H}>  
    ,tEvz  
    •仅考虑此光栅。 s$ ONht  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 &M)S~Hb^  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 >!j= {hK  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 q4k)E  
    @~!1wPvF`I  
    =A6/D    
    假设光栅参数: x 5u.D^  
    •光栅周期:250 nm <JA`e+Bi  
    •光栅高度:660 nm Oc;/'d2  
    •填充系数:0.75(底部) XFeeNcqF  
    •侧壁角度:±6° )P^5L<q>|  
    •n1:1.46 /!o(Y8e>x  
    •n2:2.08 23/!k}G"  
    (% fl  
    光栅#1结果 K8dlECy  
    TA47lz q  
    qAH@)}  
    •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。 LE_1H >  
    •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。 hT&,5zaWdv  
    •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。
    Mk=;UBb$X  
    mm3goIi; Y  
    i^{.Q-  
    1i}Rc:  
    光栅#2 \C3ir&  
    ^n@.  
    >4:W:;R  
    r)|X?   
    p{j }%) 6n  
    •同样,只考虑此光栅。 JM{S49Lx  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 '3>kDH+  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 /EUv=89{!  
    假设光栅参数: 29"eu#-Qj  
    •光栅周期:250 nm s,TKC67.%+  
    •光栅高度:490 nm XA~Rn>7&H  
    •填充因子:0.5 PUB|XgQDY:  
    •n1:1.46 (o_fY.  
    •n2:2.08
    pRtxyL"y  
    NyD[9R?  
    光栅#2结果 y2V9!  
    a1p:~;f}[  
    iTU 8WWY<  
    •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。 /&=E=S6  
    •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。  Z*d8b  
    •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。 ,\;;1Kq  
    (Rvke!"B  
    Fzk  
     
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