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infotek 2021-05-25 10:58

衍射级次偏振状态的研究

摘要 IZm_/  
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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。 ^ ExA  
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概述 a<.7q1F  
`0r=ND5.  
C +-<  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 BO5gwvyI  
•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。 G-U%  
•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。  c|N!ZYJI  
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衍射级次的效率和偏振
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n'/w(o$&  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 hT&,5zaWdv  
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 Mk=;UBb$X  
•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)。 mm3goIi; Y  
•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。 +$)C KC  
•特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 nL}bCX{  
WgdL^PN(h  
o7feH 6Sh  
光栅结构参数 `Z{kJMS  
@!\ g+z_"  
5Wj+ey^ ^w  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 PN{l)&K2.  
•为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 ]E66'  
•因此,选择以下光栅参数: hFw\uETu  
- 光栅周期:250 nm ,jBd3GdlZ  
- 填充系数:0.5 a;Ic!:L  
- 光栅高度:200 nm /Yk2 |L  
- 材料n1:熔融石英 ;lST@>  
- 材料n2:TiO2(来自目录) %$j)?e  
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偏振状态分析 TB] %?L:  
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•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 #&.& Uu$  
•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。 'Y+AU#1~H  
•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。 j380=? 7  
Y[gj2vNe4g  
~UjFL~K}  
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产生的极化状态 d"+zDc;  
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XG"&\FL{T  
b r)oSw  
其他例子 . m_y5J  
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kZ+nL)YQ#  
•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。 /%Bc*k=ox  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 8WU UE=p  
XM3N>OR.  
=+q9R`!L]  
4KE"r F  
光栅结构参数 1)u 3  
2O {@W +Mt  
Vg/{;uLAe  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 |,bsMJh0  
•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。 9Y 1&SEsNX  
•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。 n6; jIf|  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ks7g*; 3{@  
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i8I%}8  
光栅#1 ^~0Mw;n&  
z 8M^TV  
D;)Tm|XizW  
JwbC3 t):@  
s bd;Kn  
•仅考虑此光栅。 qIK"@i[ uq  
•假设侧壁表现出线性斜率。 6%NX|4_  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 xL4qt=  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 oK@!yYv  
C$\|eC j  
jcQ{,9 H`l  
假设光栅参数: `pzp(\lc  
•光栅周期:250 nm ?b2  
•光栅高度:660 nm 7f#[+i  
•填充系数:0.75(底部)  ~%_$e/T  
•侧壁角度:±6° aT[Z#Zd, N  
•n1:1.46 T F&xiL^  
•n2:2.08 CfQOG7e@  
8Wid.o-U  
光栅#1结果 $x 6Rmd{  
EtJyI&7VK  
Wm4@+ }  
•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。 T5NO}bz  
•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。 7 2ux3D  
•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。
on $?c  
M *BDrM  
"T@9]>6.f  
E#r6e+e1Q%  
光栅#2 M~w =ZJ@  
 ^ruS  
mJRvC%  
=2pGbD;*  
8I$B^,N  
•同样,只考虑此光栅。 W$ #FM$U  
•假设光栅有一个矩形的形状。 6#fl1GdH-  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 n;Tpf<*U  
假设光栅参数: [Rw0']i`4  
•光栅周期:250 nm r]Bwp i%  
•光栅高度:490 nm dON 4r2-yC  
•填充因子:0.5 Jf@M>BT^A  
•n1:1.46 6+BR5Nr  
•n2:2.08
LU~U>  
[jve |-v=  
光栅#2结果 mf6?8!O}>  
Kvv&# eO\  
g !w7Yv  
•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。 5i7,s  
•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。 6Lz{/l8  
•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。 `o yz"07m  
AJ[g~ s't  
+[8s9{1{C  
文件信息 g<{/mxv/  
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QQ:2987619807 @FIR9XJ  
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