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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 =f{v:n6  
    f'@ L|&w  
    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。 a{hc{  
    M>p<1`t-&  
    PDuBf&/e  
    概述 D_czUM  
    SM4`Hys;p  
    3-{BXht)  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 PRaVe,5a  
    •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。 `Y4Kw  
    •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 72Y 6gcg  
    nv@z;#&  
    <%S)6cw(3  
    rMbq_5}  
    衍射级次的效率和偏振
    v>B412l  
    Z,E$4Z  
    k/wD@H N  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 )-Hs]D:  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 *0!p_Hco  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 3rH}/`d4  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 I\k<PglRA  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 X%IqZ{ {  
    K xX[8  
    >aO.a[AM  
    光栅结构参数 v4"Ukv  
    m]>zdP+  
    7UMZs7L$  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 rBTg"^jsw  
    •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 +yWD>PY(  
    •因此,选择以下光栅参数: e,e(t7c?d  
    - 光栅周期:250 nm <7\j\`  
    - 填充系数:0.5 \j`0 f=z_  
    - 光栅高度:200 nm ) bI.K[0^  
    - 材料n1:熔融石英 D0FX"BY7  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) :.e'?a  
    1\m,8i+gU  
    w8 :[w  
    Ul_Zn  
    偏振状态分析 5+M,X kg  
    3d6z_Yd:  
    B\RAX#  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 :C} I6v=  
    •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。 MOaI~xZ  
    •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。 s"=TM$Vb  
    -eF-r=FR  
    \(i'iC  
    l'EO@D/M  
    产生的极化状态 HfVHjF)  
    1Q(KZI  
    qhxMO[f  
    )Ri!  
    9AVj/?kmU  
    其他例子 +Pl)E5W!=`  
    *pwkv7Z h  
    D#&9zR86F  
    •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。 HXKM<E{j  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 SPb +H19;  
    dXh[Ea^  
    f-|?He4O]  
    UF!qp  
    光栅结构参数 @@o J@;  
    r&4Xf# QD6  
    ] H !ru  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 l|WFS  
    •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。  U=~?ca  
    •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。 'z"vk  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 p*Q-o  
    7?whxi Qs  
    QGuqV8 y0  
    光栅#1 ^H.B6h?  
    a -Pz<*  
    -orRmn6}  
    >whv*@Fr  
    D;> 7y}\  
    •仅考虑此光栅。 BwWSztJ+B  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 w&L~+ Z<  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 dBd7#V:}yV  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 4}m9,  
    3LETzsJ  
    v ^h:E  
    假设光栅参数: C~pas~  
    •光栅周期:250 nm k4V3.i!E  
    •光栅高度:660 nm ?0t^7HMP  
    •填充系数:0.75(底部) c},pu[nL  
    •侧壁角度:±6° (Y)2[j  
    •n1:1.46 Q)0KYKD+@  
    •n2:2.08 HQP.7.w7 5  
    Kz42AC  
    光栅#1结果 jvB[bS`<H  
    `Qo37B2  
    #Q!Xz2z2  
    •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。 _ARG "  
    •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。 BEaF-*?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。
    d MR?pbD  
    v](Y n) #  
    :*KTpTa  
    u$R5Q{H_  
    光栅#2 )7*'r@  
    ni2#20L  
    /8e}c`  
     "M5  
    9PKXQp  
    •同样,只考虑此光栅。 {d[Nc,AMb  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 ^Ye(b7Gd  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 eY :"\c3  
    假设光栅参数:  .+1I>L  
    •光栅周期:250 nm ~QbHp|g  
    •光栅高度:490 nm [<53_2]~  
    •填充因子:0.5 06]3+s{{  
    •n1:1.46 K2Abu?  
    •n2:2.08
    `w 6Qsah  
    *gwaW!=  
    光栅#2结果 3l?|+sU >O  
    ;"nO'wN:h  
    o08g]a  
    •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。 2%WeB/)9  
    •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。 'l^Bb#)"  
    •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。 ! :]_-DX  
    ,}IcQu'O  
    A:(|"<lA  
     
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