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2021-05-06 09:44 |
衍射级次偏振状态的研究
摘要 P7X3>5<;q BC#`S&R 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。 (3K,f4S@ ^Et^,I:`
asQ^33g z 概述 y'6l fThT WOgkv(5KN 5l,Lp'k •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 V~8]ag4 •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。 sWTa;Qi •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。 +u |SX/C
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`p)U6J Qo]qs+ 衍射级次的效率和偏振 TrgKl2xfx b5~p:f-&4B 2.{zfr •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 Dg Rn^gL{Q •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。 u!HbS*jqq •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)。 wU/fGg*M2 •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")"t`k7 •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。 _/ 5
x!7!)]h M`iE'x 光栅结构参数 {a2Gb ^VnnYtCRz 00-2u~D& •此处探讨的是矩形光栅结构。 6h)
&h1Yd •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。 }YiFiGf, •因此,选择以下光栅参数: 00>knCe6 - 光栅周期:250 nm j:8Pcx - 填充系数:0.5 ([SJ6ff]& - 光栅高度:200 nm b!/-9{ - 材料n1:熔融石英 trA ^JY - 材料n2:TiO2(来自目录) oFzmH!&ED -`X`Ff
))X"bFP!3 /nh3/[u 偏振状态分析 iTT7<x
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x ; Ob^@OM •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 1<Uv4S •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。 W8-vF++R •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。 dtG>iJ McbbEs=)
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KJ2P$ 产生的极化状态 4kK_S.& zDxJK
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&-My[t +T,0,^* 其他例子 DdeKZ)8
b`GKGqb J 05jjLM'e •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。 `4Fw,:+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。 x lsAct: IO2@^jup
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\C1QkI 光栅结构参数 8RVRfy,w HqyAo]{GN 4)XB3$< •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 (*T$:/zIS •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。 g">^#^hBE •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。 d\c)cgh% •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 g^jTdrW/s
>oi?aD% L)9Z Op5 光栅#1 `Hu2a]e9 {=U*!`D
fMM%,/b{ 7e#|Iq:o HHs!6`R$0c •仅考虑此光栅。 Bf[`o<c •假设侧壁表现出线性斜率。 {DUtdu[ •蚀刻不足的部分基板被忽略了。
<LJb,l" •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 Bob-qCBV F]0
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GabNk 假设光栅参数: Jy('tfAHp •光栅周期:250 nm ]9W7]$ •光栅高度:660 nm rJRg4Rog •填充系数:0.75(底部) `9T5Dem|# •侧壁角度:±6° /wP2Wnq$ •n1:1.46 & Yx12B\ •n2:2.08 8 0o'=E}" $(*>]PC+) 光栅#1结果 B;piO-hH 7 Z?
Hyv 5;HCNwX •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 M7&G9SGZ •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 (zk/>Ou •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 9E[==2TO &$l#0?Kc^
Fw}|c @:>gRD 光栅#2 kZi/2UA5Z )me`Ud
y3PrLBTz ;&O *KhLH -YrMVoZl •同样,只考虑此光栅。 h[<l2fy •假设光栅有一个矩形的形状。 9^nRwo
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 T{yJL< 假设光栅参数: H(y Gh •光栅周期:250 nm U;!J(Us •光栅高度:490 nm +F2X2e)g" •填充因子:0.5 ^r mQMjF
•n1:1.46 IcGX~zWr •n2:2.08 K{B| ovDPnf( 光栅#2结果 j9vK~_?; AD@ {7 QBN\wL8g •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。 qOnGP{ •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。 ibG>|hV •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。 w8 `1'*HG o/n4M]G
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