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infotek 2020-09-01 09:59

衍射级次偏振状态的研究

摘要 HVvm3qu4  
O5du3[2x7a  
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。 @Xoh@:j\  
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概述 F-@y H  
8TYh&n=r  
@16y%]Q-E#  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 V.3#O^S  
•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。 3R/6/+S-  
•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。 ]}SV%*{ %  
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衍射级次的效率和偏振
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07^.Z[(pCt  
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•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 4oF,;o+v\4  
•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。 NZ`6iK-V_  
•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)。 j 1'H|4  
•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。 -6 v?iiZr  
•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。 yYOV:3!"  
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3znhpHO)  
光栅结构参数 -C^qN7Bz  
b c .Vy  
*QW.#y>"j  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 _)-2h[  
•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。 ,S(_YS^m  
•因此,选择以下光栅参数: LzXIqj'H7T  
- 光栅周期:250 nm 3s BWtz  
- 填充系数:0.5 ;$a|4_U$m  
- 光栅高度:200 nm m";8 nm  
- 材料n1:熔融石英 dd=5`Bo9Yh  
- 材料n2:TiO2(来自目录) ivdPF dJ  
,_,7c or  
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偏振状态分析 -'W:P'BG  
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TuMZHB7h;  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 kH=~2rwm  
•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。 uJ*|SSN~  
•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。 !/&~Feb  
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YS"76FJ  
产生的极化状态 0txSF^x  
b=Sl`&A  
F7x< V=4{  
]*S_fme  
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其他例子 N_!Zn"J  
;+qPV7Z  
Dc> )js|"  
•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。 CQY/q@7  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 YpZ 9h@,  
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Df/f&;`  
光栅结构参数 28+ Sz>SP  
VA'<  
ZsPBs4<p  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 Ah2XwFg?  
•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。 +ACV,GG  
•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。 Tf[-8H<  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ~h[lu^ZSi  
[76mgj!K  
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光栅#1 u= +  
f<'&_*7,|t  
Zk;;~ESOU  
uJp}9B60_  
LRd,7P  
•仅考虑此光栅。 z8"=W,2  
•假设侧壁表现出线性斜率。 \ZDT=?  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 B&Ci*#e  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 $X&OGTlw^  
LveqG   
yxQAO_C  
假设光栅参数: )J88gMk+  
•光栅周期:250 nm 01q7n`o#zf  
•光栅高度:660 nm Q}.y"|^  
•填充系数:0.75(底部) K6oX nz}  
•侧壁角度:±6° G7/LYTT)  
•n1:1.46 L,4 ^Of  
•n2:2.08 7<:w-  
b~1p.J4  
光栅#1结果 K((Kd&E  
?H c A&  
w./EJk KI  
•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。 22r01qH  
•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。 D\l.?<C  
•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。
Zz&i0 r  
~D=@4(f8|  
&lS0"`J=  
eB@i)w?@o  
光栅#2 7Y*m_AhxJ  
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d=KOV;~);  
n)7icSc  
/[IQ:':^  
•同样,只考虑此光栅。 jb![ Lp  
•假设光栅有一个矩形的形状。 t(rU6miN  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 EXFxiw  
假设光栅参数: v(7A=/W_  
•光栅周期:250 nm omA*XXUx=8  
•光栅高度:490 nm G\p; bUF  
•填充因子:0.5 +e:ZN tr9  
•n1:1.46 XZ&v3ul  
•n2:2.08
@!'H'GvA  
Z =c@Gd  
光栅#2结果 RZtL<2.@  
_Usg`ax-  
'> Q$5R1  
•同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 ^Q,/C8qeb  
•相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 #"{8Z&Z  
•与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 dJ^`9W  
?mAw"Rb!  
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文件信息 e`Yns$x  
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QQ:2987619807 T!a[@,)_  
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