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2020-09-01 09:59 |
衍射级次偏振状态的研究
摘要 E<a~
`e <9/oqp{C4 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。 Ckvm3r\i2 HqU"iY>b
awXL}m[_! 概述 5Lt&P
5BY ;=Bf&hY& D;<Qm,[ •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 HF5aU:M •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。 $+ZO{
( •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 \nx^=4*yk e9q/[xMi
tZ=BK:39\ gW6lMyiLb 衍射级次的效率和偏振 d?&?$qf[ sj`9O- ?49 \x x<\8Qr_ •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 &tQ,2RT •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。 ;oULtQ •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)。 m5zP|s1`[' •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。 .Kq>/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。 '8k\a{t_z
tB[(o%k bK("8T\? 光栅结构参数 ` /]8C&u ,US~p_M! R8\y|p#c •此处探讨的是矩形光栅结构。 8{JTR|yB •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。 PKfxL}:"8 •因此,选择以下光栅参数: +]CKu$,8 - 光栅周期:250 nm J*,Ed51&7 - 填充系数:0.5 QhZ!A?':U - 光栅高度:200 nm 60teD>Eh, - 材料n1:熔融石英 ;myu8B7& - 材料n2:TiO2(来自目录) BaiC;&(
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5HL JkOV5 +tkd($// 偏振状态分析 VrO$SmH Nf0b?jn- V uJth
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 68)z`JI|<) •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 / vje='[! •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 Zu\#;O O`t ]#
k'%c| kx8U 7x-k-F3 产生的极化状态 lEZ[0oa #&r^~>,#L-
Zi@?g IiX
>eAlz4 W3*WR,z 其他例子 _\sm$ `q Qh/yPOSm: +#1WOQfAD •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。 Wz:MPdz3( •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 p5)A"p8"9, vCbqZdy?
M29[\@zL b
|m$ W 光栅结构参数 ;5" r)F+P 8xg:ItJaA0 3{on$\ •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 .b N0! •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。 z~o%U&DO} •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。 $L:g7?)k •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 g6QkF41nG
RS<c&{? EW#.)@- 光栅#1 79:x>i= :7:Nx`D8
MV9{>xX w|?Nq?KA U G^6I5 •仅考虑此光栅。 \+Qx}bS{ •假设侧壁表现出线性斜率。 aKH\8O4L5 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 >?U(w< •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 oc\rQ? /kx:BoV cQgmRHZ] 假设光栅参数: 4d0PW#97. •光栅周期:250 nm G:u[Lk#6K •光栅高度:660 nm HewVwD<C •填充系数:0.75(底部) rm3~] •侧壁角度:±6° f} }Bb8 •n1:1.46 ]Z<{
~ •n2:2.08 Z9=Cw0( w? E# e=<R 光栅#1结果 G-M!I`P 6<]&T lS] #MGZje,I •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 vuDp_p*]S •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 Y/gVyQ( •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 ms;Lu-UR fcJ#\-+E
d<7xSRC "~d)$]+ 光栅#2 7zR7v YfxZ<
|P5?0{ 68 - I2@& 2R2Z6} •同样,只考虑此光栅。 *RxbqB- •假设光栅有一个矩形的形状。 : ]CZS •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 TKRu^KH9 假设光栅参数: LsV!Sd •光栅周期:250 nm QdC>fy •光栅高度:490 nm 1|z>}
xP •填充因子:0.5 20% xD e •n1:1.46 G;fP •n2:2.08 [2)Y0; [" & r\z9! 光栅#2结果 $G*$j! 4~G9._ :kY][_ •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。 J,{sRb% •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。 Gt6$@ji4u •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。 1!vR
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^BNg^V. 文件信息 V\ARe=IWM T!v%NZj3
3ufUB^@4v WNd(X} g~10K^ QQ:2987619807 lQ!6n
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