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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=vnL-- 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(PdF6A 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 nJW_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。 aKaR •因此,选择以下光栅参数: G!-7ic_4 - 光栅周期:250 nm aGdpecv - 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_$4~^Y 0@JilGk1u
Cca~Cq[%*( YLD-SS[/> 偏振状态分析 5~v(AB(x j\%?<2dj= wE-Ji<1HJ •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 EKV+?jj$ •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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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@g Q 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 J 4'! +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
00.iMmJ 文件信息 u{E^<fW] tUAY]BJ*s
8^f[-^% ]Xkc0E1 r/s&ee QQ:2987619807 z}b U\3!
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