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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 pqaQ%|<  
    6{2LV&T=u  
    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。 M%dJqwH5{  
    CV/ei,=9  
    tvNh@it:F  
    概述 H|a9};pO\  
    \0 &7^  
    i <KWFF#  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 88fH !6b  
    •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。 1~! 4  
    •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 3#)I7FG  
    7^Y"K  
    =-#>NlB$w  
    J%|!KQl  
    衍射级次的效率和偏振
    $umh&z/  
    )vH6N_  
    r>fx5 5dw  
    •通常,为了表征光栅的性能,给出了传播级次的效率(η)。 <~:Lp:6 J  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量,但并不区分最终出现的不同偏振状态。 |eD$eZ=m  
    •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)。 9qIdwDRY  
    •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。 1mT3$Z  
    •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。 +5n,/YjS`  
    w+ZeVZv!r  
    {J`Zl1_q  
    光栅结构参数 Xg>nb1e  
    KPGo*mY  
    $[zy|Y(  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 ,xA`Fu9^  
    •为简单起见,选择光栅的配置,仅使反射中的零级次(R0)传播光线 :r0?[#r?N,  
    •因此,选择以下光栅参数: l{U-$}  
    - 光栅周期:250 nm plL##?<D<  
    - 填充系数:0.5 m/#)B6@A  
    - 光栅高度:200 nm rUC@Bf  
    - 材料n1:熔融石英 HX1RA 5O  
    - 材料n2:TiO2(来自目录) nSxFz!  
    Ns.b8Y  
    KiXXlaOs  
    NYwE=b~I  
    偏振状态分析 U 00}jH  
    Y8I*B =7  
    RhVQVjc  
    •使用不同锥形入射角(φ)的TE偏振光照射光栅。 E. @n Rj#  
    •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。 r5ONAa3.  
    •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。 ?m3,e&pB5  
    3OUZR5_$  
    #h'F6  
    n(-1vN  
    产生的极化状态 OhT?W[4  
    ur\v[k=  
    r|rOIAo  
    yLfb'Ba  
    {Lj]++`fB]  
    其他例子 JGH;&UYP  
    UR')) 1n  
    9!hiCqA&  
    •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。 B4k ~~;|  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 `usX(snY  
    c8qsp n  
    H.sHXuu  
    _97A9wHj  
    光栅结构参数 _~f&wkc  
    @di mZsi1  
    #QdBI{2  
    •在引用的工作中,研究了两种不同的制造光栅结构。 __Kn 1H{  
    •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。 [[(29|`]  
    •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。 _hgu:  
    •当然,如果数据可用,详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 5[Sa7Mk  
    u~Zx9>f  
    Hk'D@(h S  
    光栅#1 4(5NHsvp  
    OQt_nb#z`{  
    ?1\rf$l8  
    if6/ +7  
    m44Ab6gpsb  
    •仅考虑此光栅。 @.Pd3CB0  
    •假设侧壁表现出线性斜率。  QKW;r  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 pWY $aI  
    •为了实现光栅脊的梯形形状,应用了倾斜的光栅介质。 0fhz7\a^_<  
    d{?X:*F  
    H$2<N@'4z  
    假设光栅参数: d>j`|(\  
    •光栅周期:250 nm 4+fWIY1 "  
    •光栅高度:660 nm  egur}  
    •填充系数:0.75(底部) 4\qnCf3  
    •侧壁角度:±6° Ke0j8|  
    •n1:1.46 |tl4I2AV  
    •n2:2.08 H+UA  
    dtHB@\1  
    光栅#1结果 ~(Wq 5<v  
    i7hWBd4wK  
    r+6=b"  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果,而Passilly等人发表的结果如右图所示。 oWg"f*  
    •相比之下,这两张图都表现出非常好的相似性,尤其是图的轨迹。 k+ Shhe1  
    •与参考相比,光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据,因此简化是必要的。
    JHN{vB  
    O,m0Xb2s]~  
    neN #Mo'A  
    jQDXl  
    光栅#2 d\% |!ix  
    X?PcEAi;w  
    M^f+R'Q3  
    ifyWhS++  
    a o"\L0;{  
    •同样,只考虑此光栅。 R5_xli%  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 sFh mp  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 HV_5 +  
    假设光栅参数: 8UY[$lc  
    •光栅周期:250 nm /l o;:)AiP  
    •光栅高度:490 nm AUZ^XiK  
    •填充因子:0.5 K"lZwU\:On  
    •n1:1.46 b#ih= qE  
    •n2:2.08
    3[*E>:)qh  
    'Z^-(xG,+  
    光栅#2结果 3zdm-5R.b  
    -+9,RtHR7  
    ozF173iI  
    •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。 jIpc^iu`,  
    •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。 Yz6+ 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。 j5eX?bi_v  
    b/>L}/^PM  
    ,OGXH2!h  
    文件信息 ' 3h"Ol{b  
    P*9vs%W  
    puE!7 :X7  
    hq.XO=0"k  
    M`1pze_A  
    QQ:2987619807 Ft} h&aYP  
     
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