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infotek 2021-05-06 09:44

衍射级次偏振状态的研究

摘要 vNY{j7l/W  
f ue(UMF~  
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。 dA`IEQJL  
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@=Uh',F  
概述 H8^(GUhyp  
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v ~?qz5:K~  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 cLJ$M`e  
•为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 ' !cCMTj  
•为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 2dcV"lY  
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衍射级次的效率和偏振
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:&rt)/I  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 UWJ8amA  
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 B =T'5&  
•在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 '$IKtM`L  
•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。 F>6|3bOR  
•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。 cJ n=  
n;C :0  
wY % }  
光栅结构参数 m@F`!qY~Y\  
bMu+TgAT,  
5iw<>9X*  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 @|m/djN5x  
•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。 FP`b>E qOH  
•因此,选择以下光栅参数: !bx;Ta.  
- 光栅周期:250 nm kGS;s B  
- 填充系数:0.5 =tn)}Y.<e  
- 光栅高度:200 nm Al^d$FaF  
- 材料n1:熔融石英 t?&|8SId  
- 材料n2:TiO2(来自目录) 0 [# 3;a  
9Cp-qA%t  
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q=m'^ ,gPS  
偏振状态分析 TR`U-= jH,  
Xp% v.M  
o#gWbAG;]b  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 %y[h5*y*  
•如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 hJ? O],4J  
•为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 I@~QV@U  
~2N"#b&J  
^j7Vt2-  
}W8;=$jr  
产生的极化状态 nYSiS}?S .  
cn3\kT*  
v^NIx q}U  
~?Pw& K2  
$dC?Tl|B0  
其他例子 9};8?mucr  
ZzpUUH/r  
`?@}>.  
•为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 ,HV(l+k {|  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 2(+2+ }  
'ya{9EdlT  
xn(kKB.  
(gU!=F?#m  
光栅结构参数 NB#OCH1/9  
g2ixx+`?|:  
-20bPiM$A  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 {9pZ)tB  
•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。 5d^sA;c  
•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。 69NeQ$](  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 UnV.~u~  
Tv=mgH=b  
n'LrQU  
光栅#1 q:0N<$63  
KYI/  
!;{7-~  
@n /nH?L  
tw/dD +  
•仅考虑此光栅。 iHf$  
•假设侧壁表现出线性斜率。 k%#EEMh  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 `UaD6Mc<Mz  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 f~R(D0@  
8/cX]J  
;`{H!w[D  
假设光栅参数: 7Q9 w?y~c  
•光栅周期:250 nm 7S :\"A7  
•光栅高度:660 nm P3=G1=47U  
•填充系数:0.75(底部) -@2iaQ(5a2  
•侧壁角度:±6° |SSSH  
•n1:1.46 JFmC\  
•n2:2.08 o5PO =AN  
Q&tG4f<  
光栅#1结果 lrE5^;/s1  
J yK3{wYS  
)2o?#8J  
•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。 J]'zIOQ  
•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。 f'RX6$}\1X  
•与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
J*A,o~U|  
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G~a ZJ,  
;JT-kw6l5K  
光栅#2 u&vf+6=9Dd  
,[KD,)3y  
t{9GVLZ  
vI >w e  
V f&zL Sgr  
•同样,只考虑此光栅。 _jVN&\A]mC  
•假设光栅有一个矩形的形状。 (%6P0*  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 %[TR^Th6  
假设光栅参数: C{rcs'  
•光栅周期:250 nm 0#hlsfc]\  
•光栅高度:490 nm ;$|nrwhy  
•填充因子:0.5 9cF[seE"0  
•n1:1.46 F)QDJE0  
•n2:2.08
IEi^kJflU  
_TZRVa_  
光栅#2结果 .`eN8Dl1  
Btn?N  
bAqA1y3=  
•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。 r l%  
•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。 Zu[su>\  
•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。 ES7s1O$#  
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文件信息 f$$/H>MJ  
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QQ:2987619807 oG\Vxg*  
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