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infotek 2021-05-25 10:58

衍射级次偏振状态的研究

摘要 ,Kuk_@(}5~  
b`$yqi<[  
光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 G3G/ xC"  
zJ5hvDmC  
}*NF&PD5RU  
概述 9X(Sk%  
hw;0t,1  
VM7 !0  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 z<hFK+j,'^  
•为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 :4|M jn  
•为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 AIb>pL{  
m+?N7  
ny)]GvxI  
g+/0DO_F3  
衍射级次的效率和偏振
hi!`9k  
qpI]R  
-LTKpN`[@  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 W;4Lkk$  
•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。 Y,C=@t@_  
•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)。 xOythvO  
•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。 ;J]25j]]  
•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。 %Uy%kN_&  
^5>s7SGB"  
F+m[&MKL  
光栅结构参数 6JhMkB^h  
v9=}S\=Cd  
[& ^RP,N~  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 D?^Y`G$.  
•为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 zN%97q_  
•因此,选择以下光栅参数: K/^ +eoW(  
- 光栅周期:250 nm Z0$] tS  
- 填充系数:0.5 %]!adro~  
- 光栅高度:200 nm iRNLKi  
- 材料n1:熔融石英 tmO`|tn&  
- 材料n2:TiO2(来自目录) qy ,"X)^#  
k^%2_H  
zzJja/mp  
Z, T#,  
偏振状态分析 oaK.kOo  
FbAW_Am(  
D^+?|Y@N  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 6V1:qp/6  
•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。 )T1iN(Z  
•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。 z\TLsx  
:HRT 2I  
.IgRY\?Q  
)#C mQXgG  
产生的极化状态 .po>qb6  
e"k/d<  
_okWQvdH  
ZSB?Y 1wG  
b*EXIzQ  
其他例子 eh(<m8I  
$shp(T,q  
| kXm}K  
•为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 D//=m=  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 FOH@OY  
Dz;HAyPj  
d(;4`kd*N  
gl8Ib<{  
光栅结构参数 <{Q'&T  
<41ZZ0<EwY  
6B" egYv  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 o ehaQ#e  
•由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 ;a r><w  
•由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 8Lz]Z h=ZU  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 QR0(,e$Dl  
r2\c'9uH  
nlc.u}#  
光栅#1 iPj~I  
RLVAT M5  
QJGKQ2^ n  
0N;%2=2_E  
4w93}t.z  
•仅考虑此光栅。 28I^$> [  
•假设侧壁表现出线性斜率。 V '.a)6  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 [XR$F@o  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 !%)]56(  
=qu(~]2(  
b5a.go  
假设光栅参数: =(o']ZaaA  
•光栅周期:250 nm 8b(!k FxD  
•光栅高度:660 nm 8sOQ9  
•填充系数:0.75(底部) *O~e T  
•侧壁角度:±6° =9wy/c$  
•n1:1.46 6'vbT~S!  
•n2:2.08 [?0d~Q(R#  
0~Gle:  
光栅#1结果 vB'>[jvA|  
bHE2,;o  
3=mr "&]r:  
•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。 K.~q+IYP[  
•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。 WXw}^v  
•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。
I/6)3 su%  
1q7tiMvV-  
0#_'o ,  
L%"LlS g  
光栅#2 YJV%a  
dT|vYK}\  
w_tJ7pz8T  
88s/Q0l  
U8$4 R,+  
•同样,只考虑此光栅。 ;&b.T}Nf06  
•假设光栅有一个矩形的形状。 /]^#b  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 #%0Bx3uM  
假设光栅参数: Lh.b 5Q|  
•光栅周期:250 nm =FP0\cQ.  
•光栅高度:490 nm )kXhtjOl|  
•填充因子:0.5 $;N*cH~  
•n1:1.46 ^TY ;Zp  
•n2:2.08
H,unpZ(  
FzQTDu9  
光栅#2结果 Mj#-j/{x{5  
n{*D_kM(H  
r0;:t   
•同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 {76c%<`WaP  
•相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 "\C$   
•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。 '7^M{y/dU  
soA|wk\A  
H,3\0BKk  
文件信息 `{k"8#4:qA  
GPz(j'jU  
W]M)Q}:Y  
H,fZ!8(A_)  
i<kD  
QQ:2987619807 S{pXs&4O  
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