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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
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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\T Lsx :HRT 2I
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mQXgG 产生的极化状态 .po>qb6 e"k/d<
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ZSB?Y1wG b*EXIzQ 其他例子 eh(<m8I $shp(T,q | kXm}K •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 D//=m= •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 FOH@OY Dz;HAyPj
d(;4`kd*N gl8Ib<{ 光栅结构参数 <{Q'&T <41ZZ0<EwY 6B" egYv •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 oehaQ#e •由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 ;a
r><w •由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 8Lz]Z
h=ZU •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 QR0(,e$Dl
r2\c'9uH nlc.u}# 光栅#1 iPj~I RLVATM5
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)3su% 1q7tiMvV-
0#_'o , L%"LlSg 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.b5Q| •光栅周期:250 nm =FP0\cQ. •光栅高度:490 nm )kXhtjOl| •填充因子:0.5 $;N* c H~ •n1:1.46 ^TY;Zp •n2:2.08 H,unpZ( FzQTDu9 光栅#2结果 Mj#-j/{x{5 n{*D_kM(H r0;:t •同样,左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果,由Passilly等人发表的结果如右图所示。 {76c%<`WaP •相比之下,这两张图再次表现出非常好的匹配,尤其是图的轨迹。 "\C$ •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
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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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