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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
b4EUrSL 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 |3 i \}%_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$Xq\Da+> 光栅结构参数 he@Y1CY mkPqxzxbrL st~l|| •此处探讨的是矩形光栅结构。 8zcSh/ •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 Wb#<ctM> •因此,选择以下光栅参数: MRZN4<}9 - 光栅周期:250 nm 8r:T&)v - 填充系数:0.5 H|,d`@U - 光栅高度:200 nm U3-MvI,Q - 材料n1:熔融石英 ?R4u>AHS@ - 材料n2:TiO2(来自目录) V$:%CIn f}KV4'n
1HqN`])l/j H6>t to 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
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d39 EP<{3fy 产生的极化状态 +W$uHQq F9tWJJUsr
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O3dQno ^y93h8\y 其他例子 nB[B
FVkU [9}<N2,9z Lpnw(r9Y •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 {w,<igh •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 SMU8U 0LIXkF3^1
^5>W`vwp 0R0_UvsXU 光栅结构参数 D vN0h(? |%rRALIY Jy[rA<x$ •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$5Bls<A •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 [s%uE+``S •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 xyXVWd[ {t:*Xu
X&@>M} n2["Ln mO 光栅#2 'k<~HQr u=#_8e(9Z
g`"_+x' )o&}i3~Q
em ]0^otM •同样,只考虑此光栅。 uw`J5TND •假设光栅有一个矩形的形状。 .g=D70 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 i^4i]+ 假设光栅参数: '(3|hh)Tl •光栅周期:250 nm 4]%MrSjS •光栅高度:490 nm FuFICF7+C •填充因子:0.5 u1Wixjd| •n1:1.46 T\7t#Z
k •n2:2.08 9~l8QaK h<!!r 光栅#2结果 ,pdf$)
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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