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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 5|I[>Su  
    L3p`  
    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。 r&2~~_d3y  
    {\z({Wlb]  
    N~?{UOZd  
    概述 ;=9 >MS}  
    8 :o<ry  
    Maqf[ Vky  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 /Ux*u#  
    •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。 1N\D5g3  
    •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 ~+H" -+  
    r,]#b[:.s|  
    1Fe^Qb5G  
    W>=o*{(YO  
    衍射级次的效率和偏振
    Dgql?+2$  
    QnI.zq V  
    `$YP<CJeq  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 c.|l-zAeX  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 5PIZh<  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 ';G1A  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 7P B)'Wl"6  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 IF +i3#$  
    D&ve15wL  
    #"ftI7=42  
    光栅结构参数 ycJg%]F*5  
    ai'4_  
    Z Dhx5SL&  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 Fa epDjY8  
    •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 : 5U"XY x@  
    •因此,选择以下光栅参数: nq1 9Q)  
    - 光栅周期:250 nm R|P_GN6 >  
    - 填充系数:0.5 M('d-Q{B7L  
    - 光栅高度:200 nm  2T)sXBu  
    - 材料n1:熔融石英 hAqg Iu*  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) DOQc"+  
    =l9T7az  
    1mSaS4!"B  
    +-a&2J;J'  
    偏振状态分析 :+%Zh@u\  
    $>R(W=Q  
    RkuuogZ  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 UzKFf&-:;K  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 M0c 9pE  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 aVe/ gE  
    A K/z6XGy  
    #Rew [\$  
    )ZejQ}$  
    产生的极化状态 %5  
    J.R AmU<  
    t=R6mjb  
    >J=<bhR  
    '+*-s7o{  
    其他例子 p{=QGrxB*  
    quo^fqS&a  
    . -"E^f  
    •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。 O}#yijU3e  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 -@IL"U6  
    O4No0xeWo  
    q6wr=OWD  
    `!G7k  
    光栅结构参数 ]$M<]w,IJ2  
    *o' 4,+=am  
    cgj.e  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 M;Wha;%E"  
    •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。 5]jIg < j  
    •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。 p8,0lo  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 }t>q9bZ9z  
    b>~RSO*  
    2 [!Mx&^  
    光栅#1 HXJ9xkrr  
    f]d!hz!  
    \,sg)^w@  
    .h;Se  
    ^GYq#q9Q  
    •仅考虑此光栅。 :+ ,st&(E  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 1]\TI7/ n  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 =V|Nn0E  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 EX?h0Uy  
    V+w u  
    }#=Od e  
    假设光栅参数: 16@);Ot  
    •光栅周期:250 nm HP a|uDVv  
    •光栅高度:660 nm 9b6!CNe!  
    •填充系数:0.75(底部) aQcN&UA@  
    •侧壁角度:±6° $Kq<W{H3ut  
    •n1:1.46 ,.g}W~S)  
    •n2:2.08 Q-zdJt  
    >$ F:*lO  
    光栅#1结果 +zRh fIJHH  
    V2yveNz\7  
    ;o$;Z4:.D  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 St>`p-  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 W3LP ~  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    Z~3u:[x";  
    IM ad$AKc  
    fQQ |gwVki  
    ):bu;3E  
    光栅#2 wO"GtVd  
    -NDi5i\  
    lIuXo3  
    { (\(m/!Z  
    KtMbze  
    •同样,只考虑此光栅。 3C"_$?y"  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 fr#Qz{  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 k!doIMj  
    假设光栅参数: tF`MT%{Va  
    •光栅周期:250 nm KzkgWMM  
    •光栅高度:490 nm >%c*Xe  
    •填充因子:0.5 \n@V-b  
    •n1:1.46 +{6`F1MO  
    •n2:2.08
    L#j |2H|  
    +5*vABvCu  
    光栅#2结果 >I-g[*  
    ] C,1%(  
    n+quSF)  
    •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。 2cjEex:&  
    •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。 vOgLEN&]  
    •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。 CT}' ")Bm  
    l^,qO3ES  
    d~<QAh#rG  
     
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