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infotek 2021-05-06 09:44

衍射级次偏振状态的研究

摘要 "rnZ<A}  
;W ZA  
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。 gu'Yk  
V1aWVLltj  
bf~gWzA  
概述 cQ:Y@f 9  
#g)$m}tv?  
< 0S+[7S"  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 )9(Mt _  
•为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 b{:c0z<  
•为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 \>8r)xC  
#Y)Gos  
ym>>5(bni  
k]J!E-yI8  
衍射级次的效率和偏振
; E Nhy  
*k&yD3br-V  
H l'za  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 0RaE!4)!;  
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。  C~C}b  
•在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 IU f1N+-z  
•因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 wi{qN___  
•特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 B@R3j  
"O`{QVg:  
J;?#Zt]`L  
光栅结构参数 RbexsBq  
5C03)Go3Z  
H;#3S<  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 LyEM^d]  
•为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 q7itznQSKc  
•因此,选择以下光栅参数: zF+NS]XK  
- 光栅周期:250 nm [K(|V  
- 填充系数:0.5 C26vH#C  
- 光栅高度:200 nm ]Q?`|a+i  
- 材料n1:熔融石英 } Mh@%2$  
- 材料n2:TiO2(来自目录) mM6g-)cV  
(}$pf6s  
Ek0zFnb[Gx  
]u;Ma G=;  
偏振状态分析 R`)^eqB  
D..dGh.MY  
\S]"nHX  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 B@v\tpR  
•如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 .X D.'S  
•为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 HnDz4eD  
xY3 KKje  
3J^"$qfSn  
-k$*@Hq  
产生的极化状态 r2KfZ>tWg"  
d0@&2hO  
S4r-s;U-v/  
!,;>)R   
X(sN+7DOV  
其他例子 4 _*^~w  
'p%\fb6`  
9 -Y.8:A`  
•为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 ;IN!H@bq  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ~OuKewr\  
h($XR+!#  
PrA?e{B5m  
(qf%,F,_L  
光栅结构参数 ]Wc:9Zb  
: h"Bf@3  
x WZ87  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 oWJ0>)  
•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。 k&|#(1CFY  
•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。 .ZV-]jgr  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 /-in:gX8  
8'niew 5d  
-E*VF{IG1  
光栅#1 q y]tuKZI  
>I9w|z FA  
EWcqMD]4u  
4,nUCT  
2H h5gD|>  
•仅考虑此光栅。 7GY3 _`  
•假设侧壁表现出线性斜率。 RDX$Wy$@L  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 n54}WGo>9  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 _LVi}mM  
Tz PG(f  
!>n^ ;u  
假设光栅参数: dX720/R  
•光栅周期:250 nm "@P)  
•光栅高度:660 nm xI'sprNa_1  
•填充系数:0.75(底部) |%V-|\GJ~j  
•侧壁角度:±6° )~u<u:N  
•n1:1.46 qs9q{n-Aj  
•n2:2.08 jcC "S qL  
%%7~<=rk  
光栅#1结果 ^lI>&I&1  
/t4#-vz  
ZxDh94w/  
•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。 KOYU'hw  
•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。 1N3qMm^  
•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。
[EdX6  
?}mbp4+j[  
,V>7eQt?  
HVG:q#=C  
光栅#2 x{o&nhuk[S  
R6xJw2;_  
s<GR ?  
Q5kf-~Jx+  
SU8vz/\%y  
•同样,只考虑此光栅。 <w9<G  
•假设光栅有一个矩形的形状。 T@{ }!  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 xE0'eC5n^  
假设光栅参数: @xq jAcfg  
•光栅周期:250 nm B %L dH  
•光栅高度:490 nm (8XP7c]5  
•填充因子:0.5 ?Dr_WFNjO  
•n1:1.46 8|U-{"!O ?  
•n2:2.08
Z(~v{c %<  
WxgA{q7:  
光栅#2结果 t>Ot)d  
oMw#ROsvC  
JX $vz*KF  
•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。 20NotCM  
•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。 :m{;<LRV  
•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。 v}>5!*  
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#P^cR_|\  
文件信息 FN>ns,  
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QQ:2987619807 *~b}]M700  
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