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infotek 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"i Y>b  
awXL}m[_!  
概述 5Lt&P 5BY  
;=Bf&hY&  
D;<Q m,[  
•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。 $+ZO{ (  
•为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 \nx ^=4*yk  
e9q/[xMi  
tZ=BK:39\  
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衍射级次的效率和偏振
d?&?$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$,8  
- 光栅周期:250 nm J*,Ed51&7  
- 填充系数:0.5 QhZ!A?':U  
- 光栅高度:200 nm 60teD>Eh,  
- 材料n1:熔融石英 ;myu8B7&  
- 材料n2:TiO2(来自目录) BaiC;&(   
jL%-G  
5HL JkOV5  
+tkd($//  
偏振状态分析 VrO$SmH  
Nf0b?jn-  
VuJth  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 68)z`JI|<)  
•如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 / vje='[!  
•为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 Zu\#;O   
O`t ]#  
k'%c|kx8U  
7x-k-F3  
产生的极化状态 lEZ[0oa  
#&r^~>,#L-  
Zi@?g IiX  
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W3*WR,z  
其他例子 _\sm$ `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 7zR 7v  
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 8.  
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文件信息 V\ARe=IWM  
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QQ:2987619807 lQ! 6n  
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