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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 =R#Qx,  
    IB[)TZ2m  
    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。 ;.TRWn#  
    ?YZ- P{rTS  
    `Jzp Sw  
    概述 >sWp ?  
    &Q>k7L!  
     c|M6 <}  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 QA<Jr5Ys  
    •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。 h{AII  
    •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 g=;%  
    P8>~c9$I  
    ~ vJ,`?  
    B?4boF?~  
    衍射级次的效率和偏振
    bsB*533  
    R $&o*K`?  
    S<4c r  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 MrDc$p W G  
    •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。 /4g1zrU  
    •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)。 5\e9@1Rc  
    •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。 T;,cN7>>O  
    •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。 (CsD*U`h  
    rd9e \%A  
    %@.v2 cT  
    光栅结构参数 Y8o)FVcyNy  
    .Yf:[`Q6g  
    B5X(ykaX~  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 Ed_N[ I   
    •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 ||;hci O  
    •因此,选择以下光栅参数: @>p<3_Y1  
    - 光栅周期:250 nm 89o/F+_b  
    - 填充系数:0.5 @}@Z8$G^  
    - 光栅高度:200 nm !4^C #{$  
    - 材料n1:熔融石英 <Dwar>}  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) B oC5E#;G  
    @ Wd9I;hWv  
    !t gi  
    UazP6^{L  
    偏振状态分析 DP3PYJ%+B  
    hJZV}a|  
    PK0%g$0  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 ^-,xE>3o  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 Bs O+NP  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 6f\Lf?vF  
    wS%Q<uK  
    ;xzUE`uUfJ  
    f' 3q(a<p  
    产生的极化状态 A1.7 O  
    w-Da~[J  
    Q0&H#xgt  
    kic/*v\6@  
    8 0Gn%1A9  
    其他例子 YbTxn="_  
    no< ^f]33  
    >_|O1H./4  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 Hm%;=`:'  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 x "^Xj]-  
    bdQ_?S(  
    4cl\^yD  
    e> (<eu~P  
    光栅结构参数 tE]= cTSV  
    ]%?YZn<{  
    _Ou WB"  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 yIDD@j=l  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 wPwXM!  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 kw"SwdP5  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 w*oQ["SL  
    UrYZ` J  
    :=wT vz  
    光栅#1 b\-&sM(W"  
    K }Vv4x1U  
    1:f9J  
    1n:8s'\  
    S$Q8>u6Wk  
    •仅考虑此光栅。 }Ub6eXf(2  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 = c>Qx"Sw  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 /J:bWr  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 +eFFSt  
    ev#;t@^  
    ,!7 H]4Qx  
    假设光栅参数: 2\7`/,U6  
    •光栅周期:250 nm .zn;:M#T  
    •光栅高度:660 nm #m{UrTC  
    •填充系数:0.75(底部) rld67'KcE  
    •侧壁角度:±6° b0Kc^uj5  
    •n1:1.46 mo[Zb0>  
    •n2:2.08 .)<(Oj|4  
    8;Yx<woR  
    光栅#1结果 HA2k [F@3^  
    kX>f^U{j  
    1#0{@35  
    •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。 \ aHVs  
    •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。 q.2ykL  
    •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。
    IFDZfx  
    Y@b.sMg{  
    :&:JTa1cv  
    mw='dFt  
    光栅#2 :j]vf8ec  
    r9 !Tug*>m  
    lsy?Ac  
    :1iqT)&|8F  
    /Rg*~Ers *  
    •同样,只考虑此光栅。 4)U.5FBk )  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 1. rj'  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 m"o ;L3  
    假设光栅参数: pb$~b\s]=  
    •光栅周期:250 nm #1c_evH  
    •光栅高度:490 nm ,B0_MDA +  
    •填充因子:0.5 OujCb^Rm  
    •n1:1.46 ho0@ l  
    •n2:2.08
    %5A+V0D0'  
    j& <i&  
    光栅#2结果 S6AU[ASY.  
    ;ByOth|9P  
    VxXzAeM  
    •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 w\DVzeW(  
    •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 DXa-rk8  
    •与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 FxVZ[R  
    3Ei5pX=g  
    `$B3X  
     
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