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2021-05-06 09:44 |
衍射级次偏振状态的研究
摘要 ,, %:vK+V 9zYiG3 d 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。
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0 ][~ 概述 )kKmgtj P3tG#cJ ]/Yy-T#@ •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 An #Hb= •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。 8<g#$(a_E •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 ^y0C5Bl; E8_Le
4:&qTY)H HJaw\zbL 衍射级次的效率和偏振 a`b zFu{ aT:AxYn8 }?]yxa ~ •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 uO@3vY',n •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 IAF;mv}' •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 r p
@ •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 B$TChc3B •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。 S=H_9io
15KV}){ M*|VLOo=v 光栅结构参数 1i /::4= ,ah*!Zm.kk <2O7R}j7v •此处探讨的是矩形光栅结构。
$.Q>M]xH •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 u}}9j&^Xa •因此,选择以下光栅参数: guOSO@ - 光栅周期:250 nm (y~laW! - 填充系数:0.5 =v4r M0m, - 光栅高度:200 nm a=*ALd_&0 - 材料n1:熔融石英 mPfUJ#rS - 材料n2:TiO2(来自目录) poQdI?ed, + sywgb)
S2&9#6 hzQ+9-qA 偏振状态分析 {[,Wn: 8VuZ,!WH# )?B~64N,+ •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 B3dA%\' •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 aM{@1mBm •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 UV']NHh FL`1yD^2
Z.:<TrN slge+xq\J 产生的极化状态 -jxWlO B)rr7B
Wm)-zvNY;
cZe'!CQS n{64g+ 其他例子 au~] 0L:V#y-* *Mwfod •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 )WVItqQKV •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 E7gHi$ tE]5@b,R
mQJ4;BJw #9$V
08 光栅结构参数 QB/7/PW{H\ $N;"}Gz $ZI~ 8rI~ •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 2cCWQ"_, •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。 ADYx.8M|9i •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。 4=Tpi` •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 5pRY&6So
s(AJkO'` (Qk&g"I 光栅#1 731h
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bQwdgc),s{ .3{[_iTM 3P//H88LY •仅考虑此光栅。 dD/t_ {h •假设侧壁表现出线性斜率。 uxa=KM1H •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 '7xxCj/* •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 %Kh2E2Pe :be:-b%K (2z%U 假设光栅参数: atY*8I| •光栅周期:250 nm /Hv*K&}M •光栅高度:660 nm (8CCesy& •填充系数:0.75(底部) [_WI8~gY •侧壁角度:±6° cMD RWh •n1:1.46 $sEB'>: •n2:2.08 \ Y*h HEBqv+bG 光栅#1结果 jg[5UTkcs f.||PH dgS4w@)@V; •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 9i0M/vx •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 nQ5N=l •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 Ovvny$ |d
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/61by$E Hqvc7 -c6 光栅#2 Yeqvv
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[%)@|^hw91 bxAsV/j hUVk54~l •同样,只考虑此光栅。 @l'G[jN5 •假设光栅有一个矩形的形状。 "H>.':c"+3 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 {3hqp*xl 假设光栅参数: qAqoZMpI|; •光栅周期:250 nm dM Y
0 K •光栅高度:490 nm Iz#yQ` •填充因子:0.5 VCjq3/[_ •n1:1.46 #(6) ^ ( •n2:2.08 }2lO _i}L 2B-.}OJ 光栅#2结果 *B1x`=
-'6< ejVdxVr \7 •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。 0<g<GQ(E •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。 4otl_l(`yv •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。 MY!q% e^QVn\<c
=p]mX)I_ 文件信息 {LP
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