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infotek 2020-09-01 09:59

衍射级次偏振状态的研究

摘要 :E/]Bjq$;  
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光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 *%L:soM'Ll  
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f&glY`s#  
概述 WJ$D]7  
{J2*6_  
?yfk d:WD  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ahNpHTPa  
•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。 (tV/.x*G  
•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。 G(F }o]  
q]3bGO;  
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衍射级次的效率和偏振
Al="ss&2  
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VfOm#Ue0 q  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 8^CdE*a  
•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。 M XsSF|-  
•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)。 Sw<@u+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。 !6hUTjhW7z  
•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。 H%`Ja('"p  
He att?(RR  
6p%;:mDB  
光栅结构参数 BtS#I[-p_  
bcFG$},k  
%EA|2O.D  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 :,03)[u{8  
•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。 t<5 $85Y~  
•因此,选择以下光栅参数: BwwOaO@L  
- 光栅周期:250 nm pIBL85Xe  
- 填充系数:0.5 rf_(pp)  
- 光栅高度:200 nm iIFM 5CT  
- 材料n1:熔融石英 ?|LR@M!S7  
- 材料n2:TiO2(来自目录) #?8dInu>  
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偏振状态分析 1+|s   
SoX\S|}%6[  
U_ELeW5@  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 mOG;[CB  
•如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 `R@1Sc<*|  
•为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 &5:83#*Oj  
*;7~aM  
b_2bg>|;  
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产生的极化状态 ;oW#>!HrY  
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,.;q[s8  
其他例子 .YYfba#{  
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#[$^M:X.  
•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。 ~JhH ,E  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 h= tzG KI  
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z2'3P{#s  
zf+jQ  
光栅结构参数 SB"Uu2)wZ  
LsB|}_j7  
X@;; h  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 u7  s-  
•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。 |6@s6]%X}  
•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。 PM ]|S`  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 )Iu0MN&  
L\;n[,.  
IZ?+c@t  
光栅#1 +9EG6"..@H  
H!N`hEEj>  
;1x(~pD*o  
(%p@G5GU  
9BW"^$  
•仅考虑此光栅。 )wT @`p"4  
•假设侧壁表现出线性斜率。 g~ubivl2  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ;5S'?fj  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Klr+\R@(n  
i`k{}!F  
Tfsx&k\  
假设光栅参数: -d'swx2aZ!  
•光栅周期:250 nm (r Tn6[ *  
•光栅高度:660 nm $)or{Z$&  
•填充系数:0.75(底部) ^HiI   
•侧壁角度:±6° Rda~Drz  
•n1:1.46 ^:hI bF4G  
•n2:2.08 \tCxz(vKz  
^&[Z@*A8#  
光栅#1结果 P]h-**O  
u7>{#]  
/Py1Q  
•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。 {KQ]"a 6  
•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。 I= '6>+P  
•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。
*WzvPl$e  
/+ yIcE(&3  
,M?K3lG\g[  
1iLrKA  
光栅#2 "@s</HGo  
gPJZpaS  
d U}kimz  
1\u{1 V  
NQ3EjARZt  
•同样,只考虑此光栅。 Gf<f#.5y ,  
•假设光栅有一个矩形的形状。 =PM6:3aKh  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Crg@05Z  
假设光栅参数: wk9qyv<  
•光栅周期:250 nm &=>|? m8  
•光栅高度:490 nm ]=Tle&yM+T  
•填充因子:0.5 q+ZN$4m  
•n1:1.46 bI?uV;m>  
•n2:2.08
$:}sm0;  
G4<M@ET  
光栅#2结果 +"?O2PX  
+{b3A@f|F  
:iEIo7B  
•同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 ;${_eab ]  
•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。 n=iL6Yu(  
•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。 KAI/*G\z  
]8o[&50y  
*S= c0  
文件信息 {kOTQG?y  
E{8-VmY  
Oj]4jRew  
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QQ:2987619807 g3*J3I-O  
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