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    [推荐]衍射级次偏振状态的研究 [复制链接]

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    只看楼主 正序阅读 楼主  发表于: 2020-09-01
    摘要 gi5X ,:[  
    0+SZ-]  
    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。 h)j#?\KYm9  
    jOGiT|A  
    ot! m=s  
    概述 'NfsAE  
    y:$qX*+9e  
    t]]Ig  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 n c~JAT# '  
    •为此,如示意图所示,在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 4oryTckS  
    •为了在特定示例中讨论该主题,在第二部分中根据Passilly等人的工作(2008年)选择光栅配置和相应参数 B^zg#x#8  
    *14:^neoI  
    PU1YR;[Fe  
    TqV^\C?  
    衍射级次的效率和偏振
    `nEqw/I  
    '/0e!x/8  
    5A|d hw   
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 QkHG`yW  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 S# baOO  
    •在严格模拟光栅效率的过程中,例如利用傅里叶模态法,通过使用复数场求解均匀介质的波动方程(也称为亥姆霍兹方程)。 ZPq.|6&  
    •因此,对于每个衍射级次(𝑛)和偏振态,算法的结果以复数值瑞利系数给出。 o]qwN:8^  
    •特定级次(𝑛)的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 zzo93d  
    6w m-uu  
    #=ij</  
    光栅结构参数 ~Jw84U{$  
    2Kr>93O  
    /Lm~GmPt  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 Fi;OZ>;a  
    •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 VGxab;#,:3  
    •因此,选择以下光栅参数: *HGhm04F{  
    - 光栅周期:250 nm vRf$#fBEQ  
    - 填充系数:0.5 98?O[=  
    - 光栅高度:200 nm l;R8"L:,p\  
    - 材料n1:熔融石英 *f>\X[wN  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) 6d/v%-3  
    l`:u5\ rM  
    Eaxsg  
    S+wT}_BQ  
    偏振状态分析 j)YX=r;xM  
    t?Q bi)T=z  
    *o:J 4'  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 x^pt^KR;  
    •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。 S+- $Ih`[  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 5/h-H r  
    IEP|j;~*  
    7l =Tl[n  
    [uHC AP  
    产生的极化状态 UQ7]hX9  
    YX)Rs Vf  
    ONDO xXs  
    }' Y)"8AIA  
    74:~F)BP  
    其他例子 5$Kj#9g-#  
    (y&sUc9  
    .QZjJ9pvK  
    •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。 =jS$piw.  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 -\;0gnf{J  
    Ml{ ]{n  
    Xy!NBh7I  
    aT}Hc5L,b  
    光栅结构参数 yTK3eK  
    /J/V1dC}]D  
    WG\ _eRj  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 ZS(%!+M  
    •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。 Y_jc*S  
    •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。 %,HUn`  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 }d>.Nj#zh  
    K?! W9lUq  
    7qUg~GJX  
    光栅#1 0!ZaR 6  
    |?Edk7`  
     4uMMf  
    ~]d9 J  
    PlS)Zv3  
    •仅考虑此光栅。 @{_X@Wv4iV  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 5Ww,vSCV)  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 W#NZnxOX"  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 S(xs;tZ  
    PI`Y%!P  
    ZX`x9/0&  
    假设光栅参数: Db*b"/]  
    •光栅周期:250 nm LA lX |b  
    •光栅高度:660 nm j n SZ@u  
    •填充系数:0.75(底部) <a -a~  
    •侧壁角度:±6° KGo^>us  
    •n1:1.46 q. Jx|x  
    •n2:2.08 XXA'B{@Y)  
    >yn]h4M  
    光栅#1结果 uE(5q!/  
    ^%Cd@!dk  
    *!BQ1 ] G  
    •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。 HDzeotD  
    •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。 uuD2O )v  
    •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。
    OGJrwl  
    H*3u]Ebh  
    -UzWLVB^  
    $yj*n;  
    光栅#2 $E^sA|KcT  
    iiJT%Zq`#  
    _4SZ9yu  
    +,ar`:x&a  
    Ph.RWy")  
    •同样,只考虑此光栅。 $t"QLsk0  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 [qkW/qS  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 uTrzC+\aU  
    假设光栅参数: [kr-gV  
    •光栅周期:250 nm p= x &X~  
    •光栅高度:490 nm o(l%k},a  
    •填充因子:0.5 F 8sOc&L  
    •n1:1.46 udr|6EjD.  
    •n2:2.08
    9 lG a*f)  
    'IIa,']H  
    光栅#2结果 55<!H-zt  
    $/#[,1  
    09Eg ti.  
    •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。 I D-I<Ev  
    •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。 eA?|X|  
    •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。 B|9XqQ EI  
    |)%H_TXTy  
    .Sa=VC?EZ  
    文件信息 x 00'wY|  
    ){,M v:#+T  
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    ze5#6Vzd&  
    f qWme:x  
    QQ:2987619807 Q/j#Pst  
     
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