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infotek 2021-05-06 09:44

衍射级次偏振状态的研究

摘要 zBzZxK>$  
)"7iJb<E  
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。 #Lh;CSS  
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概述 fHx*e'eA  
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k_rt&}e+Gi  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 t.i 8 2Q  
•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。 &w_j/nW^'  
•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。 Ng2twfSl$  
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衍射级次的效率和偏振
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•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 &5B'nk"  
•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。 3u+T~g0^  
•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)。 y51e%n$  
•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。 2DrP"iGq5  
•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。 .ypL=~Rp  
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光栅结构参数 |\pj;XU  
<lPm1/8  
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•此处探讨的是矩形光栅结构。 /[ 5gX^A  
•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。 ) j#`r/  
•因此,选择以下光栅参数: `ts$(u.w  
- 光栅周期:250 nm "c%0P"u  
- 填充系数:0.5 BLQ6A<  
- 光栅高度:200 nm &[?\k>  
- 材料n1:熔融石英 un mJbY;t  
- 材料n2:TiO2(来自目录) Qb-M6ihcc  
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偏振状态分析 !C ':  
[Kg+^N% +  
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•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 g[' ^L +hd  
•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。 -">;-3,K  
•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。 24 'J  
6,8h]?u.  
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产生的极化状态 Cgk<pky1  
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其他例子 gV's=cQ  
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_aSxc)?  
•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。 {BN#h[#B{  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 l ^0@86  
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光栅结构参数  ~^:A{/  
gD @){Ip  
ZPLm]I\]  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 oWT3apGO  
•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。 IVY]EkEG~  
•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。 Qz1E 2yJ  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ,]F,Uu_H7  
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光栅#1 7;(`MIFXs  
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Ty?cC**  
V~3a!-m\  
•仅考虑此光栅。 eF$x1|  
•假设侧壁表现出线性斜率。 D#C~pdp  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 iOghb*aW  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 x=P\qjSa  
%YscBG  
zY{A'<\O  
假设光栅参数: zR:L! S  
•光栅周期:250 nm EI%89i`3^  
•光栅高度:660 nm rglXs  
•填充系数:0.75(底部)  =j]<t  
•侧壁角度:±6° }o(-=lF  
•n1:1.46 mO7]9 p  
•n2:2.08 QA`sx  
-G rE} L  
光栅#1结果 j</: WRA`]  
r q].UCj  
83_h J  
•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。 Xl#ggub?  
•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。 aB&&YlR=n<  
•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。
k="i;! G e  
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光栅#2 "ze|W\Bv!  
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#q=Efn'  
Wd:uV  
•同样,只考虑此光栅。 Ve; n}mJ?  
•假设光栅有一个矩形的形状。 u&7[n_  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 (uE!+2C  
假设光栅参数: }S-O& Z  
•光栅周期:250 nm _Y;W0Z  
•光栅高度:490 nm p_%Rt"!  
•填充因子:0.5 nDxz~8  
•n1:1.46 ?CPahU  
•n2:2.08
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光栅#2结果 3XV/Fb}!(i  
0aB;p7~&  
rg!r[1c  
•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。 &Ok):`  
•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。 8<Av@9 *}  
•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。 %IWPM"  
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文件信息 + cN8Y}V  
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QQ:2987619807 r;N|)  
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