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infotek 2021-05-25 10:58

衍射级次偏振状态的研究

摘要 ?9b9{c'an  
mP(3[a_Q  
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。 'Ts:.  
BT$p~XB  
L[` l80  
概述 yzA05npTl  
1^p/#jt  
5\-uo&#  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 IP~!E_e}\  
•为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 [|u^:&az  
•为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 ]$ew 5%  
j]a$RC#  
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衍射级次的效率和偏振
v0^9 "V:y  
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weitDr6  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 z`y9<+  
•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。 {Z.6\G&q  
•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)。 |m19fg3u  
•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。 g;IlS*Ld  
•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。 30Yis_l2h  
BG{f)2F\  
# kI>  
光栅结构参数 8#I>`z^F  
cw;wv+|k  
o<2GtF1"o  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 r );R/)&  
•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。 jjpYg  
•因此,选择以下光栅参数: <O x[![SR  
- 光栅周期:250 nm Rd?}<L  
- 填充系数:0.5 1C[9}}  
- 光栅高度:200 nm 2 pS<;k`  
- 材料n1:熔融石英 )n/%P4l  
- 材料n2:TiO2(来自目录) #%"q0"  
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K,f:X g!:  
偏振状态分析 fSh5u/F!  
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p:,Y6[gMo  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 ?5|;3N/zt  
•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。 yev!Nw  
•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。 -H1=N  
E3L?6Qfx>  
a(Y'C`x  
fJ,N.O+9E  
产生的极化状态 rvA>khu0/  
KuNLu31%  
r^9l/H~ $  
myx/|-V"F  
A#u U ]S  
其他例子 w$gvgz  
jA? #!lx_  
\lL[08G  
•为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 r4.6W[| d  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 KaIKb=4L|  
LvG.ocCG  
,,3lH-C  
AXfU$~  
光栅结构参数 ^ 5 >e  
5<?Ah+1  
4Z)4WGp!  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 k(Yz2  
•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。 *% -<Ldv  
•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。 lED!}h'4  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 n `j._G  
;w{<1NH2+.  
3F9V,zWtTi  
光栅#1 #ydold{F  
mrGV{{.  
,(jJOFf  
01bCP  
sYTz6-  
•仅考虑此光栅。 vz^ ] g  
•假设侧壁表现出线性斜率。 rOIb9:  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 tzI|vVT,  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 N#w5}It  
G  hM  
c '|*{%<e2  
假设光栅参数: G,8mFH  
•光栅周期:250 nm mY|c7}>V;  
•光栅高度:660 nm ~$!,-r  
•填充系数:0.75(底部) [V}vd@*k  
•侧壁角度:±6° T/$ gnn  
•n1:1.46 xBHf~:!  
•n2:2.08 l;F"m+B!$  
W 4{ T<  
光栅#1结果 ZlV  
vrn4yHoZ  
SA, ~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。 wl=tN{R  
•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。 ]aN9mT 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。
Z'o0::k  
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VPN 9 Ql=  
F`}'^>  
光栅#2 cIug~ x>  
5- dt0I@<  
+h) "m/mE  
b,~'wm8:A  
~z^l~Vyg?  
•同样,只考虑此光栅。 P0N/bp2Uy  
•假设光栅有一个矩形的形状。 KFM[caKeJO  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 8X;?fjl`"  
假设光栅参数: lM-\:Q!  
•光栅周期:250 nm \Y#  
•光栅高度:490 nm MmJMx  
•填充因子:0.5 .0Ud?v>=  
•n1:1.46 _/[qBe  
•n2:2.08
] 0i[=  
+V=<vT  
光栅#2结果 ui]iO p  
vuQA-w7  
l|g*E.:4  
•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。 R P{pEd  
•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。 AArLNXzVW  
•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。 nC:T0OJv  
<5Vf3KoC&  
v}>g* @  
文件信息 QW..=}pL  
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QQ:2987619807 iBE|6+g~Cj  
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