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infotek 2021-05-06 09:44

衍射级次偏振状态的研究

摘要 ^"8G`B$r  
P`U<7xF~  
光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 4t4olkK3Oa  
2EQ 6J  
9^P2I)aD  
概述 *cWmS\h|  
/EwGW  
\^*< y-jL  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 Kr  L>FI  
•为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 1|,Pq9  
•为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。  &O[s:  
G@S&1=nj3  
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^=cXo<6D  
衍射级次的效率和偏振
;??ohA"{5  
OLq 0V3m  
p]W+eT  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 n)8Yj/5  
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 6FfOH<\z6i  
•在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 ETv9k g  
•因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 ,KW;2t*IQ@  
•特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 t$^l<ppQ  
Q/_[--0&#  
" oy\_1|  
光栅结构参数 j{#Wn !,  
crA :I"I  
lp&!lb`  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 Ex@`O+  
•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。 y_F}s9wj  
•因此,选择以下光栅参数: -237Lx$/  
- 光栅周期:250 nm #*q2d  
- 填充系数:0.5 .R 44$F  
- 光栅高度:200 nm L^9HH)Jc  
- 材料n1:熔融石英 'TN)Lb*  
- 材料n2:TiO2(来自目录) `ZHP1uQ<  
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偏振状态分析 ?`sy%G  
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•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 90 { tIX  
•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。 H;_yRUY9  
•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。 ka7uK][  
,-*iCs<  
_ P ,@  
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产生的极化状态 _&{%Wc5W~F  
u,i]a#K  
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0TE@xqW  
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其他例子 2JO-0j.  
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#0 y <a:}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。 tFU;SBt8Ki  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 =TcOnQj  
&H;8QZ8uw  
P;foK)AM  
 .Oo/y0E^  
光栅结构参数 3l:XhLOj  
4KIWb~0Y  
 0%Q9}l#7  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 1 tfYsg=O  
•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。 HFh /$VM  
•由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 @6.]!U4w  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 L=A\ J^%  
tW6#e(^l6  
+mWjBY  
光栅#1 xEoip?O?7F  
A!HK~yk~Q  
;<6"JP>0  
)h"Fla  
Bhuw(KeB  
•仅考虑此光栅。 mxtgb$*  
•假设侧壁表现出线性斜率。 XL"=vbD  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 OXtBJYe  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 b~w KF0vq  
Kdt|i93  
_ VKgs]Y  
假设光栅参数: `7B14:\A  
•光栅周期:250 nm /Dd\PjIH{  
•光栅高度:660 nm H1UL.g%d=  
•填充系数:0.75(底部) "Gh#`T0#a  
•侧壁角度:±6° Y^eX@dE FR  
•n1:1.46 oS!/|#m n  
•n2:2.08 R 7K  
-uR{X G. D  
光栅#1结果 )1z4q`  
Ru7L>(Njs  
Uz>Yn&{y6  
•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。 "Z9^}  
•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。 &q>h *w4O  
•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。
&wGg6$  
4!'1/3cY  
iPFL"v<#J  
+FBi5h  
光栅#2 59MR|Jt  
`i4I!E  
,)uPGe"y  
Gc}0]!nrW9  
r%[1$mTOR  
•同样,只考虑此光栅。 {d}26 $<$]  
•假设光栅有一个矩形的形状。 Em9my2oE  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 A:xb!= 2  
假设光栅参数: 0~i qG  
•光栅周期:250 nm AO8:|?3S  
•光栅高度:490 nm rG5i-'  
•填充因子:0.5 Ph"iX'J  
•n1:1.46 +9~ZA3DiP  
•n2:2.08
{.#j1r4J`  
uXP- J]>  
光栅#2结果 {jUvKB_x  
Fj3^ #ly  
G4);/#  
•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。 y3AL)  
•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。 xOgq-@`  
•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。 r'PE5xqF  
69OET_AS>  
C&FN#B  
文件信息 QS%,7'EG  
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QQ:2987619807 -MUQ \pZ  
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