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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 )TEm1\  
    >_\[C?8  
    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。 !iq|sXs  
    &po!X )  
    Pf/8tXs}  
    概述 ]G D` f  
    +,]VXH<y  
    [ [pt~=0  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 6B*#D.fd*  
    •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。 L^zh|MEyzk  
    •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 GwfCl{l  
    MTN*{ug2:  
    rL&Mq}7QK  
    3m9b  
    衍射级次的效率和偏振
    ^}{x).  
    V#5$J Xp  
    qGX#(,E9;  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 ZzjCS2U  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 4 R(m$!E!  
    •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)。 |2%|=   
    •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。 OScqf]H  
    •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。 .ANR|G  
    !%D';wQ,/  
    7(oA(l1V  
    光栅结构参数 rmo\UCD  
    15q^&l[Q  
    K[ [6A:  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 }r!+wp   
    •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 b$%Kv(  
    •因此,选择以下光栅参数: | oK9o6m4  
    - 光栅周期:250 nm ,lStT+A  
    - 填充系数:0.5 N_S~&(I|  
    - 光栅高度:200 nm .)_2AoT7[  
    - 材料n1:熔融石英 IVkB)9IW  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) K!.t}s.t  
    AS@(]T#R  
    c{_JPy  
    gua7<z6=eh  
    偏振状态分析 Lt=32SvTn  
    5 7t.Ud  
    )5LT!14  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 lux g1>  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 KYtCN+vsG  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 rhy-o?  
    gwQMy$  
    <n06(9BF  
    fZ5 UFq_~s  
    产生的极化状态 d1/9 A-{  
    L!zdrCM  
    kHylg{i{"  
    FZ ?eX`,  
    W. kcN,  
    其他例子 "n` z`{<n  
    Q,^/Lm|]k  
    )LIn1o_,  
    •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。 7/51_=%kR  
    •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*;H$&  
    2/fol TR7  
    _<FUS'"  
    ;'8Wl  
    光栅结构参数 5;HGS{`  
    $b1>,d'oz  
    |xcC'1WU  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 gqy>;A:kO  
    •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 (C#0 ML  
    •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。  IPK1g3Z  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ?L7DVwVa,I  
    e4SS'0|  
    2O Ur">_  
    光栅#1 CYgokS\=,  
    7Tdx*1 U  
    =<3HOOC  
    xS tsw5d  
    Wn+s:o v  
    •仅考虑此光栅。 f^B'BioW(  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 X+N5iT  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ].kj-,5>f  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 7$Z_'GJ]1C  
    W1X3ArP]m8  
    $j\>T@  
    假设光栅参数: V~j^   
    •光栅周期:250 nm }bca-|N  
    •光栅高度:660 nm # euG$(  
    •填充系数:0.75(底部) ~LpkA`Hn!  
    •侧壁角度:±6° U|tacO5w`  
    •n1:1.46 [znN 'Fg:"  
    •n2:2.08 go AV+V7  
    uK$ Xqo%L  
    光栅#1结果 U@y)x+:  
    [BD`h  
    (~N?kh:  
    •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。 RVttk )Ny  
    •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。 (KyOo,a  
    •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。
    AZc= Bbh  
    <ytzGDx  
    ^rO"U[To  
    X/2GTU7?  
    光栅#2 &lSNI5l  
    L7buY(F(  
    r/'!#7dLG-  
    `i cs2po  
    M9R'ONYAa  
    •同样,只考虑此光栅。 \z.bORy  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 w=;>  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 A/I\MN|  
    假设光栅参数: A1+:y,wXs  
    •光栅周期:250 nm AJEbiP  
    •光栅高度:490 nm =YgH-{  
    •填充因子:0.5 N s0,Z#Z+  
    •n1:1.46 :Q("  
    •n2:2.08
    mP }<{oh`x  
    XN Uw  
    光栅#2结果 B;(U ?gC  
    M{G}-QK_.  
    T,9q~*"  
    •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。  Jk(V ]  
    •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。 T(x@ gwc  
    •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。 ca7Y+9< ;  
    mW'3yM  
    N Nk  
     
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