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infotek 2021-05-25 10:58

衍射级次偏振状态的研究

摘要 ;$[VX/A`f  
y8D 8Y8B  
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。 {V=vn L--  
X%35XC.n  
gm}C\q9  
概述 2}|vWKej{  
?9,YVylg  
.yG8B:7N2  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 : (RL8  
•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。 <JJkki  
•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。 .8%vd  
w0\4Wa  
Do(P dF6A  
q>c+bo 6  
衍射级次的效率和偏振
U0zW9jB  
"1\(ZKG8^Q  
$<14JEU  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 -^y1iN'D  
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 *SXSF95  
•在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 vN' VDvVM  
•因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 A>[hC{  
•特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 +-'`Q Ae  
]+FX$+H/A0  
`7F@6n   
光栅结构参数 c;nx59w ]q  
n JW_a&'  
6@i|Kw(:  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 JIB?dIN 1  
•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。 aKa  R  
•因此,选择以下光栅参数: G!-7ic_4  
- 光栅周期:250 nm aGdpec v  
- 填充系数:0.5 / O|Td'Z  
- 光栅高度:200 nm WFQ*s4 R(  
- 材料n1:熔融石英 VM=hQYe  
- 材料n2:TiO2(来自目录) :Xh_$4~^Y  
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Cca~Cq[%*(  
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偏振状态分析 5~v(AB(x  
j\%?<2dj=  
wE-Ji<1HJ  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 EKV+?jj$  
•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。 cH+h=E=  
•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。 u4`mQ6  
UZ[/aq  
TW'E99wG  
Q:'qw#P/C  
产生的极化状态 Xp<A@2wt?  
Mb2:'u [  
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s ZlJ/_g  
z" b/osV  
其他例子 pil0,r $D  
} IIK~d,  
GlXA-p<  
•为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 *%P>x}6w3  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 BG(R=, 7  
UrD=|-r`  
0BbiQXU  
&/J.0d-*``  
光栅结构参数 7.w *+Z>z  
_"R3N  
~0' _K1(H  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 b#?ai3E  
•由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 L:|X/c9r[  
•由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 <M5{.`o  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。  ?.4yg(  
Q#yu(  
se^NQ=  
光栅#1 {ar5c&<  
CF4Oh-f  
tEpIyC  
GFASF,+  
=8$(i[;6w  
•仅考虑此光栅。 7 K;'7  
•假设侧壁表现出线性斜率。 L@gQ L  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 D[>XwL  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 J_y<0zF**  
60U{ e}Mkb  
+SZ%&  
假设光栅参数: {UV<=R,E  
•光栅周期:250 nm PMz{8 F  
•光栅高度:660 nm XudH  
•填充系数:0.75(底部) Y:tW]   
•侧壁角度:±6° mK7^:(<.LO  
•n1:1.46 1`2);b{@  
•n2:2.08 *<|~=*Ddf  
'0])7jq  
光栅#1结果 q>D4ma^  
Tv*1q.MB  
0,"n-5Im  
•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。 p ?Ij-uo"o  
•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。 G>_42Rp  
•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。
9" }^SI8  
hX'z]Am<  
>~^mIu_BH  
3;t@KuQ66  
光栅#2 ?C#F?N0  
N$ qNe'b  
n}ZBU5_  
\U<F\i  
j"D0nG,  
•同样,只考虑此光栅。 fRv S@  
•假设光栅有一个矩形的形状。 NejsI un%  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Y|x6g(b  
假设光栅参数: 9Ww=hfb5UW  
•光栅周期:250 nm "x=@ ,*Bk  
•光栅高度:490 nm xRTg [  
•填充因子:0.5 5wE !_ng>|  
•n1:1.46 9>.<+b(>!'  
•n2:2.08
!Wdt:MUI8  
*+,Lc1|\  
光栅#2结果 J4 '!  
+n8I(l=  
!5' 8a5  
•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。 DoCQFSL  
•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^~ZNU-~v  
•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。 !w;A=  
1TD&&EC  
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文件信息 u {E^<fW]  
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QQ:2987619807 z }b U\3!  
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