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2021-05-06 09:44 |
衍射级次偏振状态的研究
摘要 ):"Z7~j= IvuKpX>* 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。 d%1Tv1={ 9gNQ,c
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Bk,:a, 概述 Ia_I~ U$ $="t7C9S B-Bgk •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 2fZVBj •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 WAr;g?Q8 •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 GJ YXCi 0>@D{_}s
%04N"^mT'~ fik*-$V` 衍射级次的效率和偏振 P$LHsg] zN}1Qh h'*>\eC6 •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 _$s ;QI]x •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。 b[5$$_[ •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)。 cp D=9k!*K •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<<?7_ ?? •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。 oU/CXz?H
]2O52r %eJolztKZ 光栅结构参数 #rZF4>c QwF\s13 I*,!zym •此处探讨的是矩形光栅结构。 _X
?W)]: •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。 .Up\ 0|b •因此,选择以下光栅参数: Ns?qLSN - 光栅周期:250 nm n-X;JYQW - 填充系数:0.5 X|o;*J]( - 光栅高度:200 nm h#_KO-#.[ - 材料n1:熔融石英 w-f[h - 材料n2:TiO2(来自目录) {+D
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8?p40x$m% nR%ASUx:Y 偏振状态分析 e,j2#wjor &.dC% "ecG\}R= •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 y"N7r1Pf •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 )=,%iL- •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 TVaD',5_V% Ql~9a
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rByC6HV" 2|="!c8K 产生的极化状态 W lDcKY 8GRp1'\Hi
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H{XbKLU ?-'m#5i" 其他例子 ZkbaUIQ 4<`Qyul- h8R3N?S3# •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 4 h}03 oG •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 bCv=Uo,+6 xZmO^F5KHj
!_zp'V]? P'EPP*)q 光栅结构参数 q?R)9E$h }>)e~\Tdzb w$ zX.;s •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 YIP /N •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。 d!BQ%a •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。 y r4j •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 M:%6$``
Dt1v`T~=? _G$SA-W( 光栅#1 "6[a%f#Q tyEa5sy4
$0uh8RB s& INcjC s^atBqw, •仅考虑此光栅。 C*+gQeK •假设侧壁表现出线性斜率。 <F>^ffwGH- •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 _J|TCm •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 li!3bv [r[IWy(} & XS2q0-x 假设光栅参数: =r w60B •光栅周期:250 nm Qs38VlR_m •光栅高度:660 nm FU{$oCh/5 •填充系数:0.75(底部) 0_!')+ •侧壁角度:±6° K-_XdJ\ •n1:1.46 vbo|q[z •n2:2.08 8R3x74fL <7U\@si4 光栅#1结果 3q$[r_ ]lX`[HX7 nC:>1kt •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 E{LLxGAEZ •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 fU6O: - •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 E{Kc$,y u[{j;l(
&dH[lB jOkc' 光栅#2 3"*tP+H mJ_5Vt=
QLs9W&PG bvay7 9\QeH'A •同样,只考虑此光栅。 &["s/!O1 R •假设光栅有一个矩形的形状。 ~pZ<VH;h •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 lQ8h -Tz 假设光栅参数: +:IwP •光栅周期:250 nm #Nv^F •光栅高度:490 nm K@f@vyw] •填充因子:0.5 |w{}h6a •n1:1.46 }Wk^7[Y •n2:2.08 3R}O3#lj, Q.U
wtH 光栅#2结果 P&>!B,f b p[wr s~z~9#G(6 •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。 gNWTzz<[f> •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。 '%H\k5^ •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。 'bd|Oww1u Nv~H797B
wHT]&fZ 文件信息 8t)?$j$ (u{?aG~
H@'f=Y*D eT'Z;ZO hZ[(Ik]*Zd QQ:2987619807 FxFRrRRH@
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