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2021-05-25 10:58 |
衍射级次偏振状态的研究
摘要 < q(i(% M6cybEk` 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。 YRZw|H{>t (:~_#BA
O<!^^7/h0 概述 kKbbsB !^L}LtqHI (*eX'^Q)d •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 *]q`:~u2 •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。 ;QuxTmWp^ •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。 GPAC0K^p fU.hb%m)Q\
>/.jB/q Th,]nVsGs~ 衍射级次的效率和偏振 .w\4Th# y'f-4E< AS0(NlV •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 nC/T$
#G •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。 <5]_u: •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)。 gDfM} 2]/ •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。 ')F@em •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。 T2W^4)
3S^Qo9S jkuNafp} 光栅结构参数 ;ACeY xop\W4s_ _jkJw2+s\ •此处探讨的是矩形光栅结构。 .*FlB>1jy •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。 *Z"Kvj;>u •因此,选择以下光栅参数: +W>tdxOh - 光栅周期:250 nm (o6u^#6 - 填充系数:0.5 qy\SOAh - 光栅高度:200 nm ,h3,&, - 材料n1:熔融石英 AsZyPybq - 材料n2:TiO2(来自目录) QIN# \ d9D*w/clMi
jq/{|<0 :]C\DUBo 偏振状态分析 *LmzGF| y;9K Q"xDRQA •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 _x#r,1V+D •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。 CA"`7<, •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。 g=v[@{9Pw /s:akLBaD
9qZ|=r]y' Z[j-.,Qu 产生的极化状态 <* PjG}Z. e8]mdU{)
10/3 -)+
0j/i):@ FUPJ&7+B 其他例子 -gS/ VxAR,a1+n R?%|RCht1 •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。
D3 E!jQ1 •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ;#"`]khd \@n/L{}(@
KQqQ@D&n @1[LD[< 光栅结构参数 b}q,cm Fn%:0j wY}+d0Ch •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 PsD]gN5" •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。 &9g#Vq% •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。 qdu:kA:] •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 5O%}.}n
` }Hnj* 7~`6~qg. 光栅#1 u09OnP\ qOa-@MN
PwNLJj+% 9k"nx ," (/Y
gcT •仅考虑此光栅。 -)<Nd:A •假设侧壁表现出线性斜率。 j({L6</x •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ~E`A, •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 @fYA{-ZC ~d5{Q?T) T
+4!g|Y 假设光栅参数: s^v,i
CH{ •光栅周期:250 nm #QDV_ziE5 •光栅高度:660 nm %r,2ZLZ •填充系数:0.75(底部) (}qLxZ/U •侧壁角度:±6° >zhbipA •n1:1.46 wYawG$@_ •n2:2.08 `") I[h YvHn~gNPhs 光栅#1结果 @+!d@`w:z2 g%[Ruugu <(t<gS # •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 6qA{l_V •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 p]g/iLDZ •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。 nW%c95E Wl2>U(lj
MR6vr.~ -T(V6&'Qi 光栅#2 e)bqE^JP Ek.j@79
5astv:p,P FxT
[4 z'I0UB# •同样,只考虑此光栅。 !%(B2J •假设光栅有一个矩形的形状。 t2$:*PvE •蚀刻不足的部分基板被忽略了。
VEZ/-s/ 假设光栅参数: \ d;Ow8%d/ •光栅周期:250 nm >) ^!gz8 •光栅高度:490 nm zc(7p;w#p •填充因子:0.5 Mt:(w;Y •n1:1.46 w/<hyEpxg •n2:2.08 pVY.&XBZ$ @'y"D 光栅#2结果 _[7uLWyC9 &pAT +Snjb0 •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。 (^4%Fk&I- •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。 Z~g qTB]H •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。 334*nQ h 2zCX
,O+7nByi[V 文件信息 RPWYm ;vx9xs?6
_Owz% J5"*OH:f S'e2~-p0F QQ:2987619807 ]9:G3vq
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