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infotek 2020-09-01 09:59

衍射级次偏振状态的研究

摘要 '2=$pw  
@ )< 3Z  
光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 /$Ca }>  
u301xc,N<z  
kS)azV  
概述 9Z!|oDP-  
VxTrL}{(6  
QHmF,P  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 Yn+d!w<3:  
•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。 @;1Ym\zc  
•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。 Nfo`Q0\[P  
yR'%UpaE  
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Z6\H4,k&  
衍射级次的效率和偏振
mYRsM s  
p?idl`?^3  
CA[3 R  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 *MD\YFXR  
•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。 WMk;-,S!)  
•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)。 s"-gnW  
•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。 1/J3 9Y~+  
•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。 [==x4N b  
\&#IK9x{  
EH~t<  
光栅结构参数 chs] ,7R  
t,,W{M|E(  
`~;`q  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 "xxt_  
•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。 ^=.QQo||B  
•因此,选择以下光栅参数: HpGI\s  
- 光栅周期:250 nm nA4PY]  
- 填充系数:0.5 1wTPT,k  
- 光栅高度:200 nm (@nE e?  
- 材料n1:熔融石英 e,8[fp-7  
- 材料n2:TiO2(来自目录) Ef2i#BoZ  
T6^ H%;G  
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2Sb68hJIE  
偏振状态分析 /kH 7I  
1ww#]p`1  
F`8B PWUY  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 -F~"W@9r  
•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。 Mo4k6@ht_  
•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。 AU3>v  
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;&OVV+y  
产生的极化状态 }[mLtv%&  
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O]VHX![Y$  
其他例子 #dhce0m  
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/Dj-@7.C/  
•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。 c\DMeYrg  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 w:HRzU>  
AQm#a;  
?,  m_q+  
vlVHoF;&  
光栅结构参数 z{wZLqG  
q#_<J1)z  
,*m{Q  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 mV++7DY  
•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。 $i;m9_16  
•由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 f~ P~%  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 s0\}Q=s[  
;|r<mT/,  
]Il}ymkIZ  
光栅#1 |*> s%nF|  
BK)3b6L=%  
.Ge`)_e  
<TEDqQ  
Zt ;u8O  
•仅考虑此光栅。 z*e`2n#\  
•假设侧壁表现出线性斜率。 bR*} s/  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 p>h}k_s  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 0WQd#l  
S5/p3;O\c  
,u S)N6'b6  
假设光栅参数: F~C7$  
•光栅周期:250 nm &6&$vF65c  
•光栅高度:660 nm e !N%   
•填充系数:0.75(底部) ZKF  #(G  
•侧壁角度:±6° Y$0K}`{  
•n1:1.46 /RemLJP F  
•n2:2.08 yW@YW_2;4  
}m93AL_y  
光栅#1结果 EYR%u'&7'  
Wxzh'c#\8  
Q`!<2i;  
•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。 siz:YRur  
•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。 3U4h>T@s|  
•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。
&UIS17cT  
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<,</ Ge  
0,1)Sg*  
光栅#2 &I7T ?  
H,Yrk(O-  
m+3]RIr&A  
HE@P<  
$g  '4'  
•同样,只考虑此光栅。 %9b TfX"  
•假设光栅有一个矩形的形状。 C *]XQ1F4  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 `teaE7^Wm  
假设光栅参数: suE#'0K  
•光栅周期:250 nm * TByAa{  
•光栅高度:490 nm ?P"j5  
•填充因子:0.5 '@f#GNRT  
•n1:1.46 ^~W s4[Guo  
•n2:2.08
,:pKNWY)Q  
Voo_ ?  
光栅#2结果 3Gt@Fo=  
kk ZMoK  
O#`y;%  
•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。 3Y=uBl  
•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。 %h}3}p#4  
•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。 nmoC(| r  
uO4R5F|tL  
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文件信息 k(dNHT  
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QQ:2987619807 aj}#~v1  
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