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infotek 2021-05-06 09:44

衍射级次偏振状态的研究

摘要 @K!JE w\  
Lan|(!aW  
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。 zd%f5L('  
[KBa=3>{  
6qDt 6uB  
概述 [lML^CYQ  
*KNfPh#wi}  
5[)5K?%  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 =!L}/Dl  
•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。 iN8[^,2H|  
•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。 i&H^xgm  
}6^5mhsL  
B0yJ9U= Fj  
%JDQ[%3qY  
衍射级次的效率和偏振
s3sRMB2  
)&T 5 /+  
|kh{EUE ;  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 $B?8\>_?  
•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。 %ud-3u52M8  
•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)。 HTQTDbhV^  
•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。 0p.MH~mx  
•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] g Lwg9K  
}< '6FxR  
3ux7^au  
光栅结构参数 [_%u5sc-y  
v76P?[  
cEa8l~GC<  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 />E ILPPb  
•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。 Ba?1q%eG  
•因此,选择以下光栅参数: *bo| F%NAz  
- 光栅周期:250 nm 7yu-xnt3s  
- 填充系数:0.5 (<_kq;XtN0  
- 光栅高度:200 nm uxn+.fA  
- 材料n1:熔融石英 FR6 W-L  
- 材料n2:TiO2(来自目录) .WKJ37od  
:ILpf+`yY  
A-1K TD  
"7EK{6&jQ  
偏振状态分析 Pqx?0 f)  
)SP"V~^Wn  
i. )^}id  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 mCt/\  
•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。 @_"cMU!  
•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。 d#+Ne f5  
r'nPP6`  
R\ 8[6H  
?@PSD\  
产生的极化状态 s@$0!8sxm  
V+D5<nICr  
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tvf.K+  
其他例子 F|6"-*[RS  
I}u\ov_Su  
>"1EN5W  
•为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 UTE6U6  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 evZP*N~G  
jNx{*2._r  
6<@+J  
8F<|.V;  
光栅结构参数 g$C]ln>"9m  
m4h)Wq  
%S"z9@  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 e;~(7/1  
•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。 Y*pXbztP  
•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。 %CnVK1u!  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 jFg19C{=X  
z[ ;n2o|s  
=9 QyO h  
光栅#1 !21G $ [H  
72RTEGy  
=Bc{0p*  
G6{ PrV#  
kD+#|f  
•仅考虑此光栅。 tk -)N+M.  
•假设侧壁表现出线性斜率。 QZ(O2!Mg  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 y|B HSc3  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 "LDNkw'  
zqU$V~5;rG  
|FT.x9e-  
假设光栅参数: |O)ZjLx  
•光栅周期:250 nm <,p$eQ)T%  
•光栅高度:660 nm k>MXOUaW.  
•填充系数:0.75(底部) ([a;id  
•侧壁角度:±6° 82r{V:NCK)  
•n1:1.46 c"k nzB vy  
•n2:2.08 rZ.=Lq  
 8zRw\]?  
光栅#1结果  :Kyr}-  
d< XY"Y%  
>Giw\|:f(  
•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。 lMW6D0^  
•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。 Y:+:>[F  
•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。
 h8p{  
COW lsca  
H/[(T%]o  
S.iUiS"  
光栅#2 kz1Z K  
wp8-(E^  
X`v6gv5qj  
:-+][ [  
:T6zT3(")D  
•同样,只考虑此光栅。 t3}_mJ  
•假设光栅有一个矩形的形状。 l0yflFGr  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 yTbtS-  
假设光栅参数: ( Ygy%O%  
•光栅周期:250 nm ;>>:7rdYt  
•光栅高度:490 nm j&.JAQ*2;  
•填充因子:0.5 .'+JA:3R  
•n1:1.46 Yx. t+a-  
•n2:2.08
R(y`dQy<K  
tIBEja^l  
光栅#2结果 "/^kFsvp  
t':*~b{V@7  
26_PFHQu4  
•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。 -"^"& )  
•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。 M>RLS/r>d  
•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。 {az LtTh  
} -hH2  
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文件信息 S)2Uoj  
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LWM& k#i  
QQ:2987619807 r 3T#Nv  
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