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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 8d-_'MXk3  
    g94NU X  
    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。 _|3n h;-m  
    UhNeY{6  
    JVRK\A|R  
    概述 6 LC*X  
    YQ&Xd/z-  
    qvCl mZ  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 M*nfWQ a  
    •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。 Zx@{nVoYe~  
    •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 R ~#\gMs  
    R4{2+q=0  
    ) b?HK SqI  
    WSL_Dc  
    衍射级次的效率和偏振
    WL<Cj_N_{H  
    wT;D<rqe`  
    ?_IRO|  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 }{s<!b  
    •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。 7^=O^!sa  
    •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)。 6#v"+V  
    •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。 YoJN.],gf  
    •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。 &q>=6sQvf  
    BDpeAF8z  
    xI$B",?(  
    光栅结构参数 |d K_^~;o  
    !ce:S!P  
    CtS*"c,j  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 M(xd:Fa?  
    •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 5F $W^N  
    •因此,选择以下光栅参数: Y6f0 ?lB  
    - 光栅周期:250 nm z>~Hc8*]3  
    - 填充系数:0.5 :`25@<*u  
    - 光栅高度:200 nm \)pk/  
    - 材料n1:熔融石英 52=?! JM  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) ^8-CUH\  
    Z8Qmj5'[  
    >zVj+  
    &jr'vS[b  
    偏振状态分析 w`q):yXX  
    !q mnMY$  
    "9aiin  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 'Tj9btM*cL  
    •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。 4 @ )|N'  
    •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。 (bY#!16C:  
    I8rtta  
    Nw* >$v  
    B[}#m'Lv  
    产生的极化状态 C[z5& x2  
    ]25 xX  
    U:"E:Bxz;m  
    X H,1\J-S  
    jNBvy1  
    其他例子 Mt"j< ]EW  
    G$ ( B26  
     `C9/=  
    •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。 F6`$5%$M;?  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 4*&_h g)h  
    }j;*7x8(  
    zo4 IY`3  
    RX3P %xZ  
    光栅结构参数 v47Y7s:uQ  
    =J:6p-\*  
    bS[;d5  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 \4zb9CxOZ  
    •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。 &==X.2XW  
    •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。 n$&xVaF|  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 [oqb@J2  
    ~H`~&?  
    )%FRBO]  
    光栅#1 6qp2C]9=  
    ?B7n,!&~  
    kwF4I )6  
    m WN9/+!  
    d[eN#<  
    •仅考虑此光栅。 &]~Vft l  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 SkU'JM7<95  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 oP vk ^H  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 ]rU$0)VN  
    Y=94<e[f"  
    C{^U^>bU  
    假设光栅参数: 4'9yMXR  
    •光栅周期:250 nm D; i%J  
    •光栅高度:660 nm jg%HaA<zO  
    •填充系数:0.75(底部) vy&q7EX<i  
    •侧壁角度:±6° [Tmpj9! q  
    •n1:1.46 &Cv0oi&B  
    •n2:2.08 rRgP/E#_  
    C^2J<  
    光栅#1结果 xd }g1c  
    8Evon&G59  
    ]w*w@:Zk  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 w&VMb&<  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 Teo&V  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    , z8<[Q-#  
    ] A.:8;  
    ;]/>n:[ E  
    -SO`wL NV  
    光栅#2 :s(vn Ie^  
    ?2LRMh")$  
    5^:N]Mp"  
    0{0BL@H  
    N!RkV\:X  
    •同样,只考虑此光栅。 }fzv9$]$  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 E6 glR  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 &T"X kgU5  
    假设光栅参数: $d:>(_p=A  
    •光栅周期:250 nm )3 C~kmN7  
    •光栅高度:490 nm |^ K"#K  
    •填充因子:0.5 $;@L PE  
    •n1:1.46 b3$aPwv  
    •n2:2.08
    e[`u:  
    H#zsk*=QD  
    光栅#2结果 ~_|OGp_a  
    kWkAfzf4a  
    `VJJ"v<L  
    •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。 {Ftz4y)6  
    •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。 4^|;a0Qy]  
    •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。 YS7R8|  
    gt~hUwL  
    CY{`IZ  
     
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