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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 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-09-01
    摘要 )F9V=PJE  
    Zq6ebj  
    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。 /(}l[jf  
    jind!@}!  
    v(WL 3[y;  
    概述 Y_ u7 0@`  
    l>Oe ,`9O  
    :O2v0Kx  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 xdSj+507  
    •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。 <MDFf nj  
    •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 A UO0  
    {~ vPq  
    1,sO =p)Yg  
    m:o$|7r  
    衍射级次的效率和偏振
    (4/`@;[  
    ]&%X(jWyn  
    Wug?CFX+T  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 [O =)FiY-  
    •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。 os0"haOI9h  
    •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)。 ckkM)|kK  
    •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。 iS^^Z ZyR  
    •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。 S&g -  
    N_~Wu  
    $[9V'K  
    光栅结构参数 MZ#2WP)F  
    UHm+5%ZC  
    Y K62#;  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 b+fy&rk@-  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 DL/*t.)"et  
    •因此,选择以下光栅参数: B=qRZA!DQ?  
    - 光栅周期:250 nm 7.=s1~p  
    - 填充系数:0.5 N,'qMoNf  
    - 光栅高度:200 nm {hp@j#  
    - 材料n1:熔融石英 "gVH;<&]  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) AI`1N%Owi  
    oz7udY=]0  
    nT6iS}h  
    "Kf~`0P  
    偏振状态分析 xn#I7]]G  
    t7& GCZ  
    5|H(N}S_  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 Ib<+m%Ac  
    •如上所述,瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 m_W.r+s~C4  
    •为了得到瑞利系数,请在光栅级次分析器中选中单个级次输出,并选择所需的系数。 2H0q\zZ  
    &S`'o%B  
    XsCbJ[Z_?q  
    %1l80Z  
    产生的极化状态 YRX2^v ^[  
    k{&E}:A  
    HGMH g  
    M> l+[U  
    *`/@[S2,cu  
    其他例子  E8V\J  
    v8M#%QoA  
    U\plt%2m>  
    •为了不同状态之间接收高转换,在Passilly等人的工作中,研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 s%re>)=|  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 s~'C'B?  
    7o%|R2mL}  
    faeyk]u  
    Jywz27j  
    光栅结构参数 WUQh[A41  
    (B4 A$t  
    Hm[!R:HW,S  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 `'t;BXedz/  
    •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。 [WSIC *|;  
    •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。 V)?g4M3}  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 Z4tq&^ :c=  
    jtJ8r5j 1  
    }Bg<Fm  
    光栅#1 "+C\f)  
    / 1@m#ZxA:  
    V&n JT~k  
    SQ.Wj?W)  
    f*@:{2I.v  
    •仅考虑此光栅。 tA n6pGp  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 s:.XF|e{  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 YR`rg;n#  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 M?CMN.Dw  
    ^vz@d+\Kd  
    _ o3}Ly}  
    假设光栅参数: QAw,XZ.K^  
    •光栅周期:250 nm #.xTAvD  
    •光栅高度:660 nm CzbNG^+  
    •填充系数:0.75(底部) C\h<02  
    •侧壁角度:±6° nlnJJM&J $  
    •n1:1.46 'Z9F0l"Nr  
    •n2:2.08 f.CI.aozW  
    $S("- 3  
    光栅#1结果 U Bg_b?k  
    6XU5T5+P^  
    LxDhthZi_  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 \C.@ @4{  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 @=1``z#  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    ,_-*/- 7;8  
    _QCI< |A  
    xz'd5 re%  
    i)DXb  
    光栅#2 (HxF\#r?  
    EF~PM  
    v%Xe)D   
    oa7Hx<Y  
    Mb!^_cS(  
    •同样,只考虑此光栅。 %j; cXN  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 SW, Po>Y  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 5Yr$dNe  
    假设光栅参数: PTqS L]  
    •光栅周期:250 nm Puh&F< B  
    •光栅高度:490 nm R:p,Hav<q  
    •填充因子:0.5 3I(M<sB}  
    •n1:1.46 oPBjsQ  
    •n2:2.08
    ?8/h3xV;  
    CB1u_E_  
    光栅#2结果 bq ]a8tSB  
    vL0Ol -Vt  
    7F~+z7(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。  (v}:  
    •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`SkKn0f Y  
    •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。 BD+?Ad?  
    [l:.Q?? )|  
    r1] e:  
    文件信息 G.T1rUh=  
    .EwK>ro4  
    hrF4 a$  
    2D"/k'iA  
    \eCdGx?  
    QQ:2987619807 470Pig>I8  
     
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