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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 Qq.$! $  
    ds+K7B$  
    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。 _!zc <&~I  
    ZKrK >X  
    %T>@Ldt  
    概述 Uf+y$n-  
    8hS^8  
    j[i*;0) |  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。  ij:a+T  
    •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 1@{ov!YB]  
    •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数 ]tu OWR  
    U/{t "e  
    RQWUO^&e^  
    jt}oq%Bf  
    衍射级次的效率和偏振
    N LpKh1g  
    H0inU+Ih  
    pD[&,gV$  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 6R^F^<<  
    •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。 Txo{6nd/  
    •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)。 gYN;F u-9Z  
    •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。 ^k % +ao  
    •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。 p*jU)@a0  
    16eP7s  
    )|v  du  
    光栅结构参数 yn ofDGAf  
    eD7\,}O  
    ESoqmCJjb:  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 )M Iw/  
    •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 'X+aYF }Ye  
    •因此,选择以下光栅参数: z)KoK`\mE"  
    - 光栅周期:250 nm ;p*L(8<YI  
    - 填充系数:0.5 %P1zb7:8  
    - 光栅高度:200 nm VB  |k  
    - 材料n1:熔融石英 hoBFC1  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) q*R~gEi#yk  
    v,ecNuy*d  
    rMWvW(@@D  
    PT,*KYF_O"  
    偏振状态分析 *{5}m(5F  
    Rq|5%;1  
    bZWR. </  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 PJKY$s.  
    •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。 anz7ae&P'K  
    •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。 pHVDug3  
    ;;UsHhbhI  
    JYjc^m  
    !^L}LtqHI  
    产生的极化状态 (*eX'^Q)d  
    .Sw4{m[g  
    k(>J?\iNW  
    3<FqK\P  
    /Tl ybSC1  
    其他例子 _`QMEr?  
    ,agkV)H  
    O+XQP!T  
    •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。 a&[[@1OY  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 "AJ>pU3  
    Qh3+4nLFtb  
    (1{OQ0N+x  
    "OUY^ cM  
    光栅结构参数 Vx0Hq`_14  
    (ce)A,;  
    b,HXD~=  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 Np9Pae'  
    •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。 T;3~teVYB  
    •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。 mNe908Yw  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 D0f7I:i1  
    `,GFiTPd  
    h*P0;V`UX  
    光栅#1 cP/(h  
    t?uw^nV3E  
    F r2 +p  
    _;(Q MeR  
    TKw>eGe  
    •仅考虑此光栅。 ?aG~E  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 `b@"GOr  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 l%2B4d9"v  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 P#A|Pn<p  
    Dhg/>@tw  
    )[sSCt]  
    假设光栅参数: Pt;\]?LVrD  
    •光栅周期:250 nm +xmZK<{<  
    •光栅高度:660 nm wAb_fU&*  
    •填充系数:0.75(底部) C$c.(5/O  
    •侧壁角度:±6° lgAE`Os  
    •n1:1.46 XnvaT(k7Y  
    •n2:2.08 \v9<L'NP)  
    ~>$(5 s2  
    光栅#1结果 v#sx9$K T  
    f;ycQc@f  
    ~0.@1zEXj  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 -H_7GVSnl  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 K&Q0]r?  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    R?%|RCht1  
    D3 E!jQ1  
    ;#"`]khd  
    `Sj8<O}  
    光栅#2 @1[LD[<  
    b}q,cm  
    Fn%:0j  
    r?2C%GI`  
    ?Z7C0u#wd  
    •同样,只考虑此光栅。 |y=D^NTG  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 r>q`# ~  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 4]8PF  
    假设光栅参数: 7~`6~qg.  
    •光栅周期:250 nm a. 5`Q2  
    •光栅高度:490 nm qOa-@MN  
    •填充因子:0.5 `^N;%[c`z  
    •n1:1.46 CnA*o 8w  
    •n2:2.08
    7y`~T+  
    r*3XM{bZ/@  
    光栅#2结果 /ci.IT$Q^  
    Ap>n4~  
    AAl`bhx'n  
    •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。 gf@'d.W}  
    •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。 IX3U\_I#  
    •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。 Yc5$915  
    AU$5"kBE  
    1X9sx&5H  
     
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