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infotek 2021-05-06 09:44

衍射级次偏振状态的研究

摘要 Y<"7x#AB!  
J/!cGr( B~  
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。 ^I mP`*X  
'uDjFQX  
jDM w2#<  
概述 mV^Zy  
)\;Z4x;]U  
BElJB&I  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 /%aiEhL  
•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。 5m:i6,4  
•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。 gnp~OVDqfL  
<mMTD8Sx]  
"P@>M)-9Z  
&M/0g]4p  
衍射级次的效率和偏振
Q zZ;Ob]'  
HpEQEIvt  
D0(xNhmKz  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 I V%VU  
•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。 vKwQXR~C  
•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)。  8@{OR"Ec  
•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。 8mLP5s!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。 y %$O-q  
r,goRK.  
<!$:8ls  
光栅结构参数 /N>e&e[35\  
8 #X5K  
)Dp/('Z2  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 Ll4bdz,  
•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。 GsbAlNP  
•因此,选择以下光栅参数: UX<Qcjm$e  
- 光栅周期:250 nm Q(d9n8  
- 填充系数:0.5 !J*,)kRN  
- 光栅高度:200 nm kL7#W9  
- 材料n1:熔融石英 ffXyc2o  
- 材料n2:TiO2(来自目录) {*ZY(6^  
Ogt]_  
U`Jy!x2m  
g>d;|sK  
偏振状态分析 2-zT$`[]J  
dLsn\m>  
bk<\ujH  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 <D&)OxEn\  
•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。 &~UJf4b|A  
•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。 i`/+,<  
FG3UZVUg9  
UY2X  
e}@)z3Q<l  
产生的极化状态 ~A<H9Bw  
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6~#Ih)K  
%;D+k  
LAx4Xp/  
其他例子 7:]Pl=:X  
6*l^1;U  
T&T/C@z'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。 Ov-b:l H  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 2eeQ@]Wj[Z  
G5dO 3lwq  
 Pi%%z  
7@.cOB`y@3  
光栅结构参数 [ rNXQ` /  
} B396X  
mD:IO  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 w|mb4AyL{?  
•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。 4> ^K:/y  
•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。 'tN25$=V&W  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 Fg$3N5*  
xX0-]Y h:  
H 9 C9P17  
光栅#1 (F7_S*  
D2YZ9e   
41#w|L \  
jUj<~:Q}3o  
@4%L36k  
•仅考虑此光栅。 VhT= l  
•假设侧壁表现出线性斜率。 xE}VTHFo'  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 x\?;=@AW  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 ej&<GM|  
L_Q#(in  
|vte=)%  
假设光栅参数: Z') pf  
•光栅周期:250 nm 9 7%0;a8  
•光栅高度:660 nm $&|y<Y=  
•填充系数:0.75(底部) oRN-xng  
•侧壁角度:±6° }MR1^  
•n1:1.46 C\_zdADUb%  
•n2:2.08 Q|}a R:4  
X.ONa_  
光栅#1结果 o sbHs$C  
UX`]k{Mz  
y AF+bCXo  
•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。 8,?v?uE  
•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。 xy+QbD T  
•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。
, xx6$uZ  
4@ILw  
_2fkb=2@  
?3z-_8#  
光栅#2 fsO9EEn7 X  
=U OLT>!  
8T;IZ(s  
Gy1xG.yM~  
s )voII&  
•同样,只考虑此光栅。 DPe]daF  
•假设光栅有一个矩形的形状。 AJt!!crs  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 CZ 2`H[8  
假设光栅参数: B bhfG64  
•光栅周期:250 nm a\kb^D=T  
•光栅高度:490 nm Ap&)6g   
•填充因子:0.5 IWVlrGyM  
•n1:1.46 B;Nl~Y|\  
•n2:2.08
L~{_!Q  
ci,+Bjc  
光栅#2结果 ArLvz5WV  
gOT+%Ab{_  
5_K5?N  
•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。 39 e;  
•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。 tc_f;S`k  
•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。 5yh/0i5|  
MFJE6ei  
f<i7@%  
文件信息 N5|Rmfo1  
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QQ:2987619807 `T ^G^7&  
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