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infotek 2020-09-01 09:59

衍射级次偏振状态的研究

摘要 -9Ygn_M  
5 0a';!H  
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。 ;=1[D  
b$- g"F  
c= ?Tu  
概述 rq1zvuUx  
9<kMxtk$  
Vv+ oq5hf  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 K3h"oVn  
•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。 Tt=;of{  
•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。 (y1S*_D  
1&vR7z]*  
mx#)iHY  
-BWWaL  
衍射级次的效率和偏振
,?`kYPZ  
_;:_ !`  
(:h&c6'S)b  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 }^P"R[+4u  
•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。 vsQvJDna~  
•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)。 = uepg@J  
•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。 P% 8U  
•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。 %!A-K1Z\D  
zMM ~4?4  
P# U|  
光栅结构参数 /LtbmV  
e)}=T0 s  
="P FCxi  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 F8M};&=*1r  
•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。 nZG zez  
•因此,选择以下光栅参数: P0U&+^W"9  
- 光栅周期:250 nm wD W/?lT&  
- 填充系数:0.5 F+j"bhe  
- 光栅高度:200 nm [fELf(;(  
- 材料n1:熔融石英 0-57_";%Q  
- 材料n2:TiO2(来自目录) 8Qj1%Ri:U  
8@|{n`n]  
J HV  
`B,R+==G:  
偏振状态分析 Ekh)l0 l  
madbl0[y.  
JSaF7(a =  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 oq b(w+<  
•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。 !lA~;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。 3C'6i  
`-K[$V  
3df5 e0  
*i!t&s  
产生的极化状态 2L51 H(  
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sE!g!ht  
V 'fri/Z  
其他例子 D 5:'2i  
;lt8~ea  
DbtkWq%  
•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。 -3 "<znv  
•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^  
Der'45]*^  
ic l]H  
B@ ms Gb C  
光栅结构参数 i CB:p  
Lf%}\0:  
}([}A`@  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 /;!I.|j  
•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。 )h{+pK  
•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。 8 @RJ>  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 73SH[f[g  
)5y" T0]  
:h!'\9   
光栅#1 %|>D{q6C  
m'k>U4  
/s+S\ djk  
#B#xSmak  
fr$6&HDZ9  
•仅考虑此光栅。 LB9W.cA   
•假设侧壁表现出线性斜率。 CC3M7|eO3  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ] ;CJ6gM~  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 '/AX 'U8Y  
~k}O"{ y  
<Of-,PcCV  
假设光栅参数: rp2g./2  
•光栅周期:250 nm }z|9F(I   
•光栅高度:660 nm hTcU %Nc  
•填充系数:0.75(底部) Kb1@+  
•侧壁角度:±6° ?IoA;GBg  
•n1:1.46 4gUx#_AaG  
•n2:2.08 u0g"x_3  
j |o&T41  
光栅#1结果 @O-\s q  
R|` `A5zQ  
JZE@W -2  
•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。 <aI}+  
•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。 :2')`xT  
•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。
Ww#!-,*]o  
LnsYtkb r  
UnEgsf N  
]!a?Lr  
光栅#2 SZ7; } r8  
_>?.MUPB  
s<aG  
.j=mT[N,I  
GdrVH,j  
•同样,只考虑此光栅。 b*{UO  
•假设光栅有一个矩形的形状。 <U\8&Uv>  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ~`B]G  
假设光栅参数:  Q0,eE:  
•光栅周期:250 nm UN:qE oS  
•光栅高度:490 nm e#k)F.TZ:%  
•填充因子:0.5 ?32i1F!  
•n1:1.46 QXl~a%lB  
•n2:2.08
mG0_&'"YIG  
|zd5P  
光栅#2结果 XdOntP*a  
6K=}n] n  
N%1nii  
•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。 D";clP05K  
•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。 NLxR6O4}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。 Fdq5:v?k  
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文件信息 aVr=7PeF  
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QQ:2987619807 |B64%w>Y  
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