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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 XqxmvN  
    Oh]RIWL  
    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。 KN\*|)  
    N#!**Q 0  
    9%  wVE]  
    概述 Yfa`}hQ  
    3;t{V$  
    L3s1a -K  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 grWmF3c#  
    •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。 Q}qw` L1  
    •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 \]7i-[  
    1Bl;.8he.)  
    hP$v,"$  
    ,fR/C  
    衍射级次的效率和偏振
    O_bgrXg6x  
    -rXo}I,VI  
    t_\;G~O9-M  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 a*GiLq  
    •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。 ~REP@!\r^  
    •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)。 .r4M]1Of  
    •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。 Lo-\;%y  
    •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。 C A 8N  
    K'tckJ#%  
    ^{+,j}V_H  
    光栅结构参数 A."]6R<  
    T x 6\  
    NBaXfWh  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 `= FDNOwp  
    •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 VQe@H8>3  
    •因此,选择以下光栅参数: A KjCm*K(q  
    - 光栅周期:250 nm Of?3|I3 l  
    - 填充系数:0.5 A!bH0=<I  
    - 光栅高度:200 nm 4w<4\zT_U}  
    - 材料n1:熔融石英 TLWU7aj&!  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) QgB%\mO=  
    JrA\ V=K  
    }g]O_fN7~  
    vOnhJN  
    偏振状态分析 YVT\@+C'  
    p*l]I *x'<  
    0n('F  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 HgfeSH  
    •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。 UL<*z!y  
    •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。 wz1fl#WU  
    Vh o3I[C  
    !c#~g0H+  
    Sn~h[s_(  
    产生的极化状态 2Ysl|xRo  
    iF!r}fUU6  
    \Ng|bWR>LQ  
    `j1(GQt  
    ?VaAVxd29  
    其他例子 tLc 9-  
    x}(p\Efx  
    ~P5;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。 #\LsM ~,  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ~Q36lR  
    ,'>,N/JA  
    l$mfsm|{:  
    m c q!_#{y  
    光栅结构参数 >ngP\&\  
    L kA_M'G  
    [t.x cO  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 s J~WzQ  
    •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。 HAOl&\)7"_  
    •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。 <-avC/M$d  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ^9wQl!e ob  
    1Ka,u20  
    W]l&mr  
    光栅#1 pipO ,n  
    r)Dln5F  
    i{.%4tA4  
    *~H\#N|x  
    WY3D.z-</  
    •仅考虑此光栅。 fAHf}j  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 I%qZMoS1h  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 OqNtTk+  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 KM o]J1o  
    H1^m>4ll9  
    m.0: R  
    假设光栅参数: p.50BcDg  
    •光栅周期:250 nm #eKg!]4-R  
    •光栅高度:660 nm . v L4@_  
    •填充系数:0.75(底部) !`$xN~_  
    •侧壁角度:±6° C!%\cy%Xj  
    •n1:1.46 6r3.%V.&  
    •n2:2.08 Q`* v|Lp  
    3|qT.QR`Z  
    光栅#1结果 \ =(r6X  
    Aq~}<qkIF+  
    `N.^+Mvx-  
    •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。 $ &III  
    •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。 ZT'VF~  
    •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。
    )CAEqP  
    dd&n>A3O=  
    7>sNjOt@M  
    ` <3xi9  
    光栅#2 E!_mXjlPc  
    Y(D&JKx  
    tITx+i  
    a"6AZT"8  
    IA$)E  
    •同样,只考虑此光栅。 7F!(60xY  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 !Ic{lB   
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 k.MAX8  
    假设光栅参数: W7 iml|WV0  
    •光栅周期:250 nm |gP9^B?3  
    •光栅高度:490 nm \ f6@B:?y  
    •填充因子:0.5 Q3OGU}F  
    •n1:1.46 m.|__L  
    •n2:2.08
    m5w ZS>@  
    vy&< O  
    光栅#2结果 HC[)):S*  
    hynX5,p;.  
    8;vpa*  
    •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。 FK~FC:K  
    •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。 p#fd+  
    •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。 WhY8#B'?  
    /xseI)y.B  
    [->uDbtzL  
     
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