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infotek 2024-08-22 07:58

衍射级次偏振状态的研究

摘要 #>M^BOR8  
f?$yxMw:@  
光栅结构广泛用于光谱仪,近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法(FMM),以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中,可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化,并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中,讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 X-*LA*xbN  
3Cgv($xl&  
n^|SN9 _r  
概述 Vi`P &uPF  
Re+oCJ  
22'Ra[  
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 DwGRv:&HH  
•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。 `S+n,,l  
•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。 2@W`OW Njm  
#(QS5J&Qq  
Z((e-T#,  
tA]u=-_h  
衍射级次的效率和偏振
0avtfQ +f  
+ }$(j#h  
&NOCRabc  
•通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 >0_{80bdO  
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。  ~)F_FS  
•在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 7K ~)7U  
•因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 6"?#E[ #[  
•特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 g/(BV7V  
SAiaC _  
wrc1N?[bn  
光栅结构参数 ;l^'g}dQ^  
pedyWA>  
\H&;.??W  
•此处探讨的是矩形光栅结构。 Lr 9E02  
•为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线。 PjofW%7F  
•因此,选择以下光栅参数: H_,4N_hL  
- 光栅周期:250 nm =d+`xN*  
- 填充系数:0.5 y|=KrvMHJ  
- 光栅高度:200 nm [nG[ x|;|  
- 材料n1:熔融石英 \r9E6LL X'  
- 材料n2:TiO2(来自目录) I:w+lchAMe  
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%g^:0me`  
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偏振状态分析 /E3~z0  
8H1&=)M=  
E62_k 0q  
•使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 M2;6Cz>,P  
•如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 4T$DQK@e  
•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。 n1aOpz6`  
gW^4@q  
~T/tk?:8Vi  
bc:3 5.  
产生的极化状态 nN^lY=3  
~1aM5Ba{  
x0%yz+i{:  
<EdNF&S-  
_ 2)QL  
其他例子 |Qb@.  
oIQ$98M  
F(ZczwvR  
•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。  3bJ|L3G  
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 p>f ?Rw_  
F>5b[q6~4  
fQwLx  
$Yp.BE<}  
光栅结构参数 $e{[fm x  
fdHFSnQ g  
}: u-l3e  
•在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 +md"X@k5*  
•由于应用的制造方法引起的,与所需的二元形状相比,结构表现出一些偏差:基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 f@$kK?c?  
•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。 u.*}'C>^^v  
•当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 mi7~(V>  
6!USSipn  
]>ndFE6kl  
光栅#1 :."6g)T  
mB6%. "  
uHRxV"@}[1  
us8HXvvp{  
-1~o~yGE  
•仅考虑此光栅。 :t;i2Ck  
•假设侧壁表现出线性斜率。 /{/mwS"W  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 5sj$XA?5  
•为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 I~Qi):&x  
|7Ab_  
!qHB?]  
假设光栅参数: {t.S_|IE  
•光栅周期:250 nm a,)/D_{1  
•光栅高度:660 nm P2 qC[1hYH  
•填充系数:0.75(底部) XX "3.zW  
•侧壁角度:±6° VR%*8=  
•n1:1.46 ykH@kv Qt  
•n2:2.08 )>^Ge9d]  
&}|`h8JA]K  
光栅#1结果 F\ GNLi  
H0yM`7[y  
^<uQ9p^B  
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 baL<|& c  
•相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 !, rF(pz  
•与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
!4<A|$mQ  
XW\ 3ttx  
iel@"E 4  
la4%Vqwgu  
光栅#2 2- (}=N  
dWe%6s;   
-}( o+!nl  
Kb-m  
_34%St!lg  
•同样,只考虑此光栅。 ~*+evAP  
•假设光栅有一个矩形的形状。 S v#,L8f  
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 :S7[<SwL  
假设光栅参数: I)0_0JXs  
•光栅周期:250 nm Tj\hAcD  
•光栅高度:490 nm Q`4I a<5B  
•填充因子:0.5 y@7CY-1  
•n1:1.46 O*B9 Bah  
•n2:2.08
2R^Eea  
)vg@Kc26  
光栅#2结果 rY1jC\  
Lxv_{~I*  
+_gA"I  
•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。 =<zlg~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。 ,t9CP  
•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。 Y?zo")  
l8_RA  
Ex@}x#3  
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