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infotek 2020-09-01 09:59

衍射级次偏振状态的研究

摘要 IOjp'6Yr  
UBm L:Qv  
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。 ;Eer  
XjRk1 ~  
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概述 (T9Q6 \sa  
`Nnaw+<]  
=Lc!L !(,b  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 cOq'MDr  
•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。 L2,.af6+  
•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。 <0w"$.K#3  
c&mLK1A6  
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l 10p'9 n  
衍射级次的效率和偏振
aWCZ1F  
;K$ !c5  
0|J]EsPxu  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 2d#3LnO  
•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。 X>la!}sV  
•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)。 /F thT  
•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${=N}3Kw  
•特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 'e(]woe  
X"k:+  
)/y7Fh  
光栅结构参数 Mjon++>Z  
AL;z's(F?  
^5D%)@~  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 sc0.!6^'V  
•为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 sy]hMGH:3W  
•因此,选择以下光栅参数: ]<xzCPB  
- 光栅周期:250 nm P2!+ZJ&  
- 填充系数:0.5 ;}dvc7  
- 光栅高度:200 nm #aua6V!"  
- 材料n1:熔融石英 sOyL  
- 材料n2:TiO2(来自目录) KL<,avC/  
hE;|VSdo  
WR<?_X_  
-\9K'8 C  
偏振状态分析 +7KRoF|  
bl3?C  
nf0]<x2  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 Q;xJ/4 Z"  
•如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 {44#<A<  
•为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 B6yTD7  
lS96Z3k"SB  
PNs*+/-S  
YctWSfh  
产生的极化状态 fjd)/Gg  
}|OwUdE!R9  
UasU/Q <   
PWBcK_4i%  
`x]`<kS;  
其他例子 |pG%]?A  
2j;9USZ p  
q"e]\Tb=we  
•为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 YvG=P<_xw  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 |E9'ii&?B  
 &<LBz|  
l86gs6>  
{[)n<.n[g  
光栅结构参数 dSI<s^n  
;O7Vl5R  
>/4N:=.h  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 yu>o7ie+;Y  
•由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 mIZ6[ ?  
•由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 f#kT?!sP  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 mKBO<l{S  
ij,Rq`}l  
ka_(8  
光栅#1 4nrn Npf`b  
FyQr$;r  
L++qMRk9  
&/n*>%2  
KL yI*`  
•仅考虑此光栅。 v`@NwH<r  
•假设侧壁表现出线性斜率。 aka)#0l .  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 }P'c8$  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 f_2(`T#  
\(MI DCZ@-  
W\2 ']7}e  
假设光栅参数: tZG l^mA"g  
•光栅周期:250 nm MD^,"!A  
•光栅高度:660 nm U=WS]  
•填充系数:0.75(底部) PJ YUD5  
•侧壁角度:±6° oOHY+'V  
•n1:1.46 M-Ek(K3SRf  
•n2:2.08 ?t5<S]'r$  
jV[;e15+  
光栅#1结果 k1.%ZZMM  
r )HZaq  
l,*5*1lM  
•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。 npd:aGx  
•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。 _X|prIOb=  
•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。
|BUgsE  
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Eq%f`Qg+1E  
U:z5`z!  
光栅#2 }<YU4EW  
+0?1"2  
dVUe!S`  
6?Kl L [~  
<F8e?xy  
•同样,只考虑此光栅。 Cs(sar:7  
•假设光栅有一个矩形的形状。 S@'%dN6e  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ! B92W  
假设光栅参数: bZ_TW9mq  
•光栅周期:250 nm \%7fm#z6  
•光栅高度:490 nm I(Z\$  
•填充因子:0.5 QWnGolN  
•n1:1.46 Q:|W/RD~  
•n2:2.08
+4  h!;i  
Ia< V\$#  
光栅#2结果 ;?k<L\zaw  
2e-`V5{)b  
/wax5FS'I,  
•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。 aL_/2/@X8  
•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。 lWe cxD$  
•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。 "X^<g{]  
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文件信息 [_nOo`  
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