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infotek 2020-09-01 09:59

衍射级次偏振状态的研究

摘要 |`pBI0Sjo  
auqN8_+=  
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。 X]n`YF7  
bSn={O"M  
b4EUr SL  
概述 -[&Z{1A4x4  
0l/7JH_@V  
y~Yv^'Epf  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 (D6ks5Uui  
•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。 v;-0^s/P  
•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。 _zzT[}  
C1(RgY|  
%Pl |3i  
\}%_FnP0ZU  
衍射级次的效率和偏振
4^k8| # c  
/reGT!u  
Q@8(e&{#W  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 Pa#Jwo  
•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。 :4x6dYNU  
•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)。 _/"e'@z  
•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。 y|i(~  
•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。 m-a':  
I+ 3qu=  
8N$Xq\Da+>  
光栅结构参数 he@Y1CY  
mkPqxzxbrL  
st~ l||  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 8zcS h/  
•为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 Wb#<ctM>  
•因此,选择以下光栅参数: MRZN4<}9  
- 光栅周期:250 nm 8r:T&)v  
- 填充系数:0.5 H|,d`@U  
- 光栅高度:200 nm U3-MvI,Q  
- 材料n1:熔融石英 ?R4u>AHS@  
- 材料n2:TiO2(来自目录) V$:%CIn  
f}KV4'n  
1HqN`])l/j  
H6>tto  
偏振状态分析 90,UhNz9D  
MtgY `p  
#c"05/=A  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 &~x|w6M]J  
•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。 6 {F#_.  
•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。 =3rf}bl2  
r+6 DlT a  
[} d39  
EP<{3f y  
产生的极化状态 +W$uHQq  
F9tWJJUsr  
AAuwE&Gg  
O3d Qno  
^y93h8\y  
其他例子 nB[B FVkU  
[9}<N2,9z  
Lpnw(r9Y  
•为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 {w,<igh  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 SMU 8U  
0LIXkF3^1  
^ 5>W`vwp  
0R0_UvsXU  
光栅结构参数 D vN0h(?  
|%rRALIY  
Jy[rA<x$  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 QW_v\GHx  
•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。 .m%5Esx  
•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。 jROh3kq  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ,6f6r  
/}%C'  
sYSq>M  
光栅#1 Nr"GxezU+A  
(y\.uPu!  
.)1u0 (?  
}N,v&  B  
k^B7M}  
•仅考虑此光栅。 z,@R jaX  
•假设侧壁表现出线性斜率。 rJtk4hOF  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 vDR> Q&/K  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 W>,D$  
naeppBo  
+(w9! 5?F  
假设光栅参数: ;2MdvHhz1  
•光栅周期:250 nm C nD3%%  
•光栅高度:660 nm >m=XqtP  
•填充系数:0.75(底部) <~svy)Cz  
•侧壁角度:±6°  j~cG#t]  
•n1:1.46 ymR AQVv  
•n2:2.08 us<dw@P7{  
M?n}{0E4  
光栅#1结果 goD#2lg  
WS1Y maV  
s(=@J?7As  
•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。 dWo$5Bls<A  
•相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 [s%uE+``S  
•与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
xyXVWd[  
{t:*Xu  
X&@>M}  
n2["Ln mO  
光栅#2 'k<~HQr  
u=#_8e(9Z  
g`"_+x'  
)o&}i3~Q  
em ]0^otM  
•同样,只考虑此光栅。 uw`J5TND  
•假设光栅有一个矩形的形状。  .g=D70  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 i^4i]+  
假设光栅参数: ' (3|hh)Tl  
•光栅周期:250 nm 4]%MrSjS  
•光栅高度:490 nm FuFICF7+C  
•填充因子:0.5 u 1Wixjd|  
•n1:1.46 T\7t#Z k  
•n2:2.08
9~l8QaK  
h<!!r  
光栅#2结果 ,pdf$) XB  
=}F$r5]  
;`a~9uG  
•同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 i*+N[#yp  
•相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 /AUX7 m.8  
•与参考相比,光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 TLz>|gr  
th{Ib@o  
Cv]$w(k  
文件信息 5hlS2fn  
Y}r UVn  
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QQ:2987619807 0qN+W&H  
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