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infotek 2024-08-22 07:58

衍射级次偏振状态的研究

摘要 yZI4%fen  
`h5HA-ud  
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。 Mr:*l`b_  
U0u@[9!  
Tp~yn  
概述 E=gD{1,?  
uR)itmc?  
93fKv  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 9<<$uf.B  
•为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 Ed #%F-1sX  
•为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数。 Szi4M&!K  
7=om /  
6f 6_ztTL  
=pWpHbB.  
衍射级次的效率和偏振
`]]gD EPG{  
]Ke|wRQD  
&.kg8|s{  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 5:|5NX[.b  
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 v Xio1hu  
•在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 7x9YA$IE  
•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。 UE7 P =B  
•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。 EBzg<-?o  
e^~t52]  
$qQ6u!  
光栅结构参数 oiO3]P]P  
 g/+M&k$  
aC3\Hs  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 hv*n";V   
•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。 /G[y 24 Q  
•因此,选择以下光栅参数: oBqP^uT>a|  
- 光栅周期:250 nm 9Lz)SYd  
- 填充系数:0.5 pY=?r{@  
- 光栅高度:200 nm /7S]%UY  
- 材料n1:熔融石英 ^ bM;C_<$f  
- 材料n2:TiO2(来自目录) (]1le|+  
U YUIpe  
Zpb3>0<R  
4)Pt]#Ti  
偏振状态分析 0 {{7"  
2SG|]=  
BqZLqGO Ku  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 *B:{g>0  
•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。 qx0o,oZN!  
•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。 cIM5;"gLP  
~w]1QHA'f  
:Yz.Bfli  
A9l^S|r  
产生的极化状态 73}k[e7e  
3pDZ}{ZZU  
aqzvT5*8%  
W]Ph:O ^5c  
3}twWnQZJ  
其他例子 ?U-p jjM  
g1zqh,  
RB &s$6A  
•为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 2~J|x+  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ) ]~HjA;  
`}Q;2 F  
Wnf`Rf)1z  
BMX x(W]  
光栅结构参数 #UWQ (+F  
ae!_u \$  
'!1lK  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 GtGToI  
•由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 A{+ZXu}  
•由于缺少有关制造结构的细节,因此在VirtualLab中的模拟,我们进行了简化。 P{>T?-Hj  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 R2J3R5 S=[  
.!6ufaf$  
"R9kF-  
光栅#1 ,RT\&Ze5  
D1g1"^~g  
_v $mGZpGY  
*n[Fl  
EvECA,!i  
•仅考虑此光栅。 A,=l9hE'  
•假设侧壁表现出线性斜率。 *M`[YG19!e  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 %xk]y&jv  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 5N|77AAxK  
O-'T*M>  
A23Z)`  
假设光栅参数:  E;|\?>  
•光栅周期:250 nm EhVnt#`Si  
•光栅高度:660 nm WYzY#-j  
•填充系数:0.75(底部) %vThbP#mR|  
•侧壁角度:±6°  /KV@Ce\  
•n1:1.46 GYs4#40  
•n2:2.08 ^al SyJ`  
R1m18GHQ  
光栅#1结果 eb8_guZ  
TX+t   
e| l?NXRX  
•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。 { U<h tl4  
•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。 ~,guw7F  
•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*; V4zh  
D0]9 -h  
$fn^i.  
V('b|gsEo  
光栅#2 [a Z)*L ;  
\C6m.%%={R  
G^OSXf5  
+I~?8*  
 _HL3XT  
•同样,只考虑此光栅。 c ~C W-%wN  
•假设光栅有一个矩形的形状。 >L(F{c:  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 \ lKQ'_  
假设光栅参数: GkO6r'MVE  
•光栅周期:250 nm =0-qBodbl  
•光栅高度:490 nm D|BN_ai9  
•填充因子:0.5 ZN1p>+oY!  
•n1:1.46 V cL  
•n2:2.08
-Tt}M#W   
g-s@m}[T  
光栅#2结果 3k(?`4JJ  
sd6Wmmo  
d"cfSH;h  
•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。 pJ(l=a  
•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。 .edZKmC6  
•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。 !K2[S J  
aD^MoB3  
Qi}LV"&L  
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