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2021-05-06 09:44 |
衍射级次偏振状态的研究
摘要 jI H^ f#w
u~*c 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。 eR6vO5to K{"hf:k
n+YUG 概述 SO[ u4b_"h *)6\V}` =6Gn?
/{ •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 MtN!Xx •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。 aJA( UN45 •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。 JEMc _ngR! uN>5Eh&=Pf
aW{5m@p{" 1+XM1(|c` 衍射级次的效率和偏振 Y#~A":A e"NP]_vh, DZ\K7- •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 .5}Gt>4XM •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。 /S1/ ZI •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)。 ^m&P0 •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。 8UqH"^9.Q7 •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。
[)~1Lu
K5BL4N y)CvlI 光栅结构参数 _*Z3,*~"X A>2 _I) Gsb^gd •此处探讨的是矩形光栅结构。 9:-7.^`P •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。 ~!8j,Bqs+z •因此,选择以下光栅参数: 1
ptyiy - 光栅周期:250 nm [(5.? - 填充系数:0.5 cBZEyy& - 光栅高度:200 nm y1Z>{SDiq - 材料n1:熔融石英 {+E]c:{ - 材料n2:TiO2(来自目录) oZd 3H g,]m8%GHE
PoPR34]^J 3,6f}:CG 偏振状态分析 9q_{_%G% ^7YNM<_%@ /WE\0bf •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 {ilz[LM8( •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。 <p*k-mfr •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。 ,qv\Y] -D'XxOI
`?3f76}h S)j(%g 产生的极化状态 L/C~l3 Mb 4"bDBsl
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-n"wXOx3 c3g`k"3*` 其他例子 |vl~B|", t(uvc{K* YI,t{Wy •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。 *K;)~@n
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 =f{v:n6 AguE)I&m
Bps%>P~. mY4pvpZw8 光栅结构参数 L-D4>+ ".(vR7u' >L2_k'uE+; •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 d-+jb<C& •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。 &s vg<UZ •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。 n{sk •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 nM2<u[{gF
A?!RF7v W3/bM>1 光栅#1 :e;6oC*"q #YE?&5t
Z,E$4Z k/wD@H N ,mp<<%{u •仅考虑此光栅。 iKJqMES •假设侧壁表现出线性斜率。 ~at@3j}W •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 gI;"P kN •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 u5k{.& I\k<PglRA 9>S)*lU&s 假设光栅参数: KxX [8 •光栅周期:250 nm goIvm:? •光栅高度:660 nm HC6U_d1-6 •填充系数:0.75(底部) b^h_` •侧壁角度:±6° o&E8<e •n1:1.46 d,98W=7 •n2:2.08 cE
'LE1DK b3E1S+\=~ 光栅#1结果 /h+ W L W{"sB:E \~E?;q! •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 nZ(]WPIN" •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 m.m6. •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 qsep9z. l1DJ<I2
jj2iF/ U+x^!{[/ 光栅#2 Ul_Zn 5+M,X kg
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5,-atDM vu*e*b$} •同样,只考虑此光栅。 x:MwM? •假设光栅有一个矩形的形状。 5:IDl1f5 •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 yogavCD9b/ 假设光栅参数: $45|^.b •光栅周期:250 nm ?pW1}:z
•光栅高度:490 nm 7s?#y=M •填充因子:0.5 A,<5W } •n1:1.46 *HR
pbe2 •n2:2.08 &S{r;N5u hi!A9T3%}M 光栅#2结果 z1Ieva] u>fMO9X}2 :6nD "5( •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。 iN
Oj@3x •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。 B.r^'>jQ •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。 MRt"#CO =m2_:&@0x
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