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infotek 2021-05-25 10:58

衍射级次偏振状态的研究

摘要 } ud0&Oe{  
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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。 {[+mpKq  
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概述 .!f$ \1l  
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umiBj)r  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ~$)2s7 O  
•为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 %kS(LlL+6  
•为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 6^eV"&+@  
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衍射级次的效率和偏振
L3@82yPo!  
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•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 A-ZN F4  
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 ~GL] wF2#  
•在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 ] Hztb  
•因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 (C@mLu)  
•特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 Qa-K$dm%  
"|qqUKJZ  
<Bw^!.jAF  
光栅结构参数 1Cv-  
6YGubH7%_  
i*/Yz*<  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 LUM@#3&  
•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。 y:~ZLTAv  
•因此,选择以下光栅参数: xI($Uu}S  
- 光栅周期:250 nm Rb%8)t x  
- 填充系数:0.5 VQ7*Z5[1  
- 光栅高度:200 nm j4|N- :  
- 材料n1:熔融石英 j g8fU  
- 材料n2:TiO2(来自目录) - jb0o/:  
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偏振状态分析 gW)3e1a  
E\as@pqo\p  
$\]&rZVi  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 wt!nMQ  
•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。 aMWmLpv4'  
•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。 $~VRza 8Q  
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产生的极化状态 1FlX'[vh  
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gy#/D& N[  
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g!lWu[d  
其他例子 8u6:=fxb  
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2NC.Z;  
•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。 DI:]GED" =  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 e+~\+:[?  
_P0T)-X\(  
{1 UQ/_  
wSa)*]%  
光栅结构参数 YC++& Nk  
s/$?^qtyC  
pT=JP> nd^  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 vHyC;4'  
•由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 ED=V8';D  
•由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 a1EOJ^}0  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 &]`(v}`]  
G<}()+L  
@.$|w>>T  
光栅#1 3{'Ne}5%I  
yA)/Q Yge  
>0/i[k-dk  
Of*Pw[vD  
-`'I{g&A  
•仅考虑此光栅。 s'!Cp=xQF"  
•假设侧壁表现出线性斜率。 B^4&-z2|  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 '))0Lh l  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 SF7\<'4\N  
\H1( PA  
8<X#f !  
假设光栅参数: x-$&g*<  
•光栅周期:250 nm ) pzy  
•光栅高度:660 nm e|)hG8FlF  
•填充系数:0.75(底部) Oxm>c[R  
•侧壁角度:±6° r(:5kC8K  
•n1:1.46 [$mHv,~  
•n2:2.08 joFm]3$;  
s3z$e+A8  
光栅#1结果 j]{_s"O  
<f ZyAa3}  
K18}W*$ d  
•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。 PY{ G [  
•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。 bp* ^z,w  
•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。
*1 uKr9  
QX!-B  
N:S/SZI  
o2nv+fy W  
光栅#2 N@2dA*T,  
/z4$gb7Y  
tRs [ YK  
b+%f+zz*h  
0@[$lv;OS  
•同样,只考虑此光栅。 w{I vmdto  
•假设光栅有一个矩形的形状。 UvJ}b  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 :G [|CPm-  
假设光栅参数: n&L+wqJ  
•光栅周期:250 nm Dl<bnx;0  
•光栅高度:490 nm lAS#874dE  
•填充因子:0.5 44gPCW,u  
•n1:1.46 +O"!qAiK  
•n2:2.08
zpzK>DH(  
8LyD7P 1\  
光栅#2结果 cm&nd'A't  
QCD .YFM  
RU'=ERYC  
•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。 wu7Lk3  
•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。 .!Qki@  
•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。 'vVQg  
^?-:'<4q$  
V3 9g,=`b%  
文件信息 -j+UMlkB  
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BTl k Etm  
p?{Xu4(  
h2)yq:87  
QQ:2987619807 hP=WFD&  
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