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infotek 2021-05-25 10:58

衍射级次偏振状态的研究

摘要 < q(i(%  
M6cybEk`  
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。 YRZw|H{>t  
(:~_#BA  
O<!^^7/h0  
概述 kKbbsB  
!^L}LtqHI  
(*eX'^Q)d  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 *]q`:~u2  
•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。 ;QuxTmWp^  
•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。 GPAC0K^p  
fU.hb%m)Q\  
>/.jB/q  
Th,]nVsGs~  
衍射级次的效率和偏振
.w\4Th#  
y'f-4E<  
AS0(NlV  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 nC/T$ #G  
•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。 <5]_u:  
•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)。 gDfM}2]/  
•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。 ' )F@em  
•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。 T2W^4)  
3S^Qo9S  
jkuNafp}  
光栅结构参数 ;ACeY  
xop\W4s_  
_jkJw2+s\  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 .*FlB>1jy  
•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。 *Z"Kvj;>u  
•因此,选择以下光栅参数: +W>tdxOh  
- 光栅周期:250 nm (o6 u ^#6  
- 填充系数:0.5 qy\SOA h  
- 光栅高度:200 nm ,h3,& ,  
- 材料n1:熔融石英 AsZyPybq  
- 材料n2:TiO2(来自目录) QIN# \  
d9D*w/clMi  
jq/{|<0  
:]C\DUBo  
偏振状态分析 *LmzGF|  
y;9K  
Q"xDRQA  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 _x#r,1V+D  
•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。 CA"`7<,  
•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。 g=v[@{9Pw  
/s:akLBaD  
9qZ|=r]y'  
Z[j-.,Qu  
产生的极化状态 <* PjG}Z.  
e8]mdU{)  
10/3-)+  
0j/i):@  
FUPJ&7+B  
其他例子  -gS/  
VxAR,a1+n  
R?%|RCht1  
•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。 D3 E!jQ1  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ;#"`]khd  
\@n/L{}(@  
KQqQ@D&n  
@1[LD[<  
光栅结构参数 b}q,cm  
Fn%:0j  
wY}+d0Ch  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 PsD]gN5"  
•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。 &9g#Vq%   
•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。 qdu:kA:]  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 5O%}.}n  
`}Hnj*  
7~`6~qg.  
光栅#1 u09OnP\  
qOa-@MN  
PwNLJj+%  
9k"nx ,"  
(/Y gcT  
•仅考虑此光栅。 -)<Nd:A  
•假设侧壁表现出线性斜率。 j({L6</x  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ~E`A,  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 @fYA{-ZC  
~d5{Q?T)  
T +4!g|Y  
假设光栅参数: s^v,i CH {  
•光栅周期:250 nm #QDV_ziE5  
•光栅高度:660 nm %r,2ZLZ  
•填充系数:0.75(底部) (}qLxZ/U  
•侧壁角度:±6° >zhbipA  
•n1:1.46 wYawG$@_  
•n2:2.08 `")  I[h  
YvHn~gNPhs  
光栅#1结果 @+!d@`w:z2  
g%[Ruugu  
<(t<gS#  
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 6qA{l_V  
•相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 p]g/iLDZ  
•与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
nW%c95E  
Wl2>U(lj  
MR6vr.~  
-T(V6&'Qi  
光栅#2 e)bqE^JP  
Ek. j@79  
5astv:p,P  
FxT [4  
z'I0UB#  
•同样,只考虑此光栅。 !%(B2J  
•假设光栅有一个矩形的形状。 t2$:*PvE  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 VEZ/-s/  
假设光栅参数: \d;Ow8%d/  
•光栅周期:250 nm >) ^!gz8  
•光栅高度:490 nm zc(7p;w#p  
•填充因子:0.5 Mt:(w;Y  
•n1:1.46 w/<hyEpxg  
•n2:2.08
pVY.&XBZ$  
@'y"D  
光栅#2结果 _[7uLWyC9  
&pAT  
+Snjb0  
•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。 (^4%Fk&I-  
•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。 Z~gqTB]H  
•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。 33 4*nQ  
 h 2zCX  
,O+7nByi[V  
文件信息 RPWYm  
;vx9xs?6  
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J5"*OH:f  
S'e2~-p0F  
QQ:2987619807 ]9:G3vq  
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