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2021-05-06 09:44 |
衍射级次偏振状态的研究
摘要 i"|="O0v5 Fh t$7V 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。 =~;SUO $x_6
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"XQj~L 概述 0V{a{>+ Y4E UW% a3}#lY): •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 QUa_gYp0v •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 )nJo\HFXv •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 pPr/r& r b(@[Y(_R
00s&<EM 2de[ yz 衍射级次的效率和偏振 ^H]q[XFR hCXSC*; r2:n
wlG •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 Z:F5cXt< •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 M#v#3:&5 •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 Bl,rvk2 •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 a`SQcNBf* •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 G)qNu }
-9Iz$(>a ziFg+i%s 光栅结构参数 N^,@s"g M7D@Uj&xx( GE+%V7 •此处探讨的是矩形光栅结构。 J
LOTl. •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。 (W*~3/@D •因此,选择以下光栅参数: 1<Vc[p& - 光栅周期:250 nm Y6LoPJ - 填充系数:0.5 %EC{O@EAk - 光栅高度:200 nm >:5^4/fo* - 材料n1:熔融石英 bj6-0` - 材料n2:TiO2(来自目录) ]-
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OC0dAxq lZyxJDZ A 偏振状态分析 vN=bd7^?= wSrq?U5q "S$4pj`< •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 8;'fWV?
U •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 dV{N,;z •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 " oWiQ{\IP O0`k6$=6r
RI,Z&kXj2o P38D-fLq 产生的极化状态 qEd!g,Sx C[cNwvz
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~N</;{}fL4 )ESF)aKMiz 其他例子 jI`1>>N&1 L2v
j)( E_VLI'Hn? •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。 SoS GQ&k •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 etY/K0 7nh,j <~;2
-49z.(@ki L\@SX?j 光栅结构参数 y 1DP`Ro .A;D-"! n<C4-'^U[a •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 ],rtSUO •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。 b>R/=tx •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。 c*+yJNm3> •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 9S"c-"y\#
'B;aXy/JC fV[(s7vW 光栅#1 Y6(I
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jl]q$< ]ZkhQ% ?y( D_Nt L •仅考虑此光栅。 _sU| <1 •假设侧壁表现出线性斜率。 EYc, "' •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 OLAwRha •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 !f~ =p ]lj,GD)c g(d9=xq@k 假设光栅参数: _I;+p eq •光栅周期:250 nm xFZA18 •光栅高度:660 nm &m=Xg(G~c •填充系数:0.75(底部) TV$Pl[m •侧壁角度:±6° P.bBu •n1:1.46 np|3 os •n2:2.08 #NZ\UmA \79KU 光栅#1结果 hQ!sl O \RcB,?OK F.P4c:GD •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。 hX#s3)87 •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。 n-m+@jR z •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。 odxsF(Q0p ^4@~\#$z
G5y>v^&H #E`-b9Q 光栅#2 R["2kEF :+;AXnDM~
?haN ;n6' 8y;W+I(71 l"%|VWZ{iq •同样,只考虑此光栅。 \VmqK&9 •假设光栅有一个矩形的形状。
HJpkR<h •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 9z9z:PU 假设光栅参数: :O:Rfmr~ •光栅周期:250 nm m=&j2~<i •光栅高度:490 nm 0RY{y n3 •填充因子:0.5 i3I'n* •n1:1.46 zNT~-
•n2:2.08 B9`^JYT< XCU.tWR: 光栅#2结果 k|W =kt$ P 6
W/S?F~{ j I •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。 !4uTi [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。 xao'L •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。 @MIBW)P< wCiDvHF5+C
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