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infotek 2021-05-06 09:44

衍射级次偏振状态的研究

摘要  jIH^  
f#w u~*c  
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。 eR6vO5to  
K{"hf:k  
n+YUG  
概述 SO[ u4b_"h  
*)6\ V}`  
=6Gn? /{  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 MtN!Xx  
•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。 aJA(UN45  
•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。 JEMc_ngR!  
uN>5Eh&=Pf  
aW{5m@p{"  
1+XM1(|c`  
衍射级次的效率和偏振
 Y#~A":A  
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DZ\K7-  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 .5}Gt>4XM  
•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。 /S1/ZI  
•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)。 ^m&P0  
•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。 8UqH"^9.Q7  
•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。  [)~1Lu  
K5 BL4N  
y)CvlI  
光栅结构参数 _*Z3,*~"X  
A>2_I)  
Gsb^gd  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 9:-7.^`P  
•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。 ~!8j,Bqs+z  
•因此,选择以下光栅参数: 1 ptyiy  
- 光栅周期:250 nm [(5.?  
- 填充系数:0.5 cBZEyy&  
- 光栅高度:200 nm y1Z>{SDiq  
- 材料n1:熔融石英 {+E]c:{  
- 材料n2:TiO2(来自目录) oZ d3H  
g,]m8%GHE  
PoPR34] ^J  
3,6f}:CG  
偏振状态分析 9q_{_%G%  
^7YNM<_%@  
/WE\0bf  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 {ilz[LM8(  
•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。 <p*k-mfr  
•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。 ,qv\Y]  
 -D'XxOI  
`?3f76}h  
S)j( %g  
产生的极化状态 L/C~l3  
Mb 4"bDBsl  
 QSY>8P  
-n"wXOx3  
c3g`k"3*`  
其他例子 |vl~B|",  
t(uvc{K *  
YI,t{Wy  
•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。 *K;) ~@n  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 =f{v:n6  
AguE)I&m  
Bps%>P~.  
mY4pvpZw8  
光栅结构参数 L-D4>+  
".(vR7u'  
>L2_k'uE+;  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 d-+jb<C&  
•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。 &s vg<UZ  
•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。 n{sk  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 nM2<u[{gF  
A?!RF7v  
W3/bM>1  
光栅#1 :e;6oC*"q  
#YE?&5t  
Z,E$4Z  
k/wD@H N  
,mp<<%{u  
•仅考虑此光栅。 iKJqMES  
•假设侧壁表现出线性斜率。 ~at@3j}W  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 gI;"PkN  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 u5k {.&  
I\k<PglRA  
9>S)*lU&s  
假设光栅参数: K xX[8  
•光栅周期:250 nm goIv m:?  
•光栅高度:660 nm HC6U_d1-6  
•填充系数:0.75(底部) b^ h_`  
•侧壁角度:±6° o&E8<e  
•n1:1.46 d ,98W=7  
•n2:2.08 cE 'LE1DK  
b3E1S+\=~  
光栅#1结果 /h+ W L  
W{"sB:E  
\~E?;q!  
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 nZ(]WPIN"  
•相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 m.m6.  
•与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
qs ep9z.  
l1DJ<I2  
jj2iF/  
U+x^!{[/  
光栅#2 Ul_Zn  
5+M,X kg  
: x&R'wX-  
F~ 5,-atDM  
vu*e*b$}  
•同样,只考虑此光栅。 x:MwM?  
•假设光栅有一个矩形的形状。 5 :IDl1f5  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 yogavCD9b/  
假设光栅参数: $45|^.b  
•光栅周期:250 nm ?pW1}: z  
•光栅高度:490 nm 7s?#y=M  
•填充因子:0.5 A,<5W }  
•n1:1.46 *HR pbe2  
•n2:2.08
&S{r;N5u  
hi!A9T3%}M  
光栅#2结果 z1Ieva]  
u>fMO9X} 2  
:6nD"5(  
•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。 iN Oj @3x  
•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。 B.r^'>jQ  
•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。 MRt"#CO  
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文件信息 )hrsA&1w  
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