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    [分享]衍射级次偏振状态的研究 [复制链接]

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    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-05-06
    摘要 F*-'8~T  
    +>yspOEz  
    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。 w{N8Y ~O  
    V}Oz!  O  
    3} C-Hg+gt  
    概述 %/ :&L+q  
    {wO .nOB  
    muKu@nshL  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 %4BQY>O)@  
    •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。 +U?73cYN  
    •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。 ]I]G3 e  
    /UaQ 2h\  
     j)Z0K$z=  
    /AY q^  
    衍射级次的效率和偏振     .k#O[^~]  
    dKL9}:oUa  
    6j|~oMYP  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 1&Ma`M('  
    •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。 K7/&~;ZwT  
    •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）。 q6x}\$mL  
    •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。 iTF%}(  
    •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。 <TS ps!(#  
     )QmmI[,tq  
    (&, E}{p9  
    光栅结构参数 g;:3I\ L  
    TGjxy1A  
    $XKUw"%  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 S(rnVsW%Ki  
    •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。 ~4c,'k@  
    •因此，选择以下光栅参数： C;9P6^Oz  
    - 光栅周期：250 nm > :0N)Pj  
    - 填充系数：0.5 n*G!=lMji  
    - 光栅高度：200 nm r]kks_!Z  
    - 材料n1：熔融石英 f/Z-dM\e  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） *Tmqs@L  
      }"q#"s  
    >!c Ff$2'  
    !A14\  
    偏振状态分析 Dhk$e  
    ;#*.@Or@Ah  
    t*Z-]P  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 A}3E)Qo=G  
    •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。 +LF=oM<  
    •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。 x/0x&la  
    49Y:}<Yd   
     e"Z,!Q^-L  
    w2U]RI\?2  
    产生的极化状态 a(h@4 x  
    $0]5b{i]  
     8zwH^q[`r  
    jASK!3pY  
     e`5:46k|  
    其他例子 m5hu;>gt  
    }Fu2%L>  
    mmMiA@0  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 Q1H.2JXr  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 5F :\U  
     XD[9wd5w8  
    dp3TJZ+U  
    [ .3Gb}B  
    光栅结构参数 #!rH}A>n+  
    U1kW1L}B  
    i_I`  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 f_:>36{1^!  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 "`w*-O  
    •由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 A~L Ti  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 *LvdrPxU=  
     9,}Z1 f\%  
    ^q<EnsY  
    光栅＃1 #EH\Q%  
    aecvz0}@R  
     y!j>_m){w  
    t V7{j'If  
    W5&KmA  
    •仅考虑此光栅。 V{rQ@7SE  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 5)w;0{X!P  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ?X7nM)  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。  ~"h V-3U  
     m# ^).+  
    zK*i:(>B  
    假设光栅参数： FwQGxGZ  
    •光栅周期：250 nm ;47=x1j i  
    •光栅高度：660 nm YIYuqtnSJ  
    •填充系数：0.75（底部） 6p 14BruV  
    •侧壁角度：±6° wJ7Fnj>u%  
    •n1：1.46 =e6!U5 f  
    •n2：2.08 v/`#Gu^P  
     G2J4N2hu  
    光栅＃1结果 <H1e+l{8$  
    "fSK7%BP  
    t1aKq)?  
    •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。 fqol-{F.V  
    •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。 }BCxAwD4  
    •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。     hllb\Y)XL  
    zG&yu0;D6  
    j9= )^?  
    UD5f+,_;  
    光栅＃2 QwI HEmdM  
    4ug4[  
     /j(<rz"j  
     A{52T]9X  
    QRER[8]r$  
    •同样，只考虑此光栅。 LM".]f!,  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 yLt>OA<X  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 PS??wlp7  
    假设光栅参数： ) KYU[  
    •光栅周期：250 nm 77G4E ,]  
    •光栅高度：490 nm mS]soYTQ  
    •填充因子：0.5 {.UK{nA?sm  
    •n1：1.46 FFf ~Vmw  
    •n2：2.08     A@w9_qo  
    T{ /\q 5  
    光栅＃2结果 Zg >!5{T  
     pz/vvH5  
    FsfP^a  
    •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。 LeMo")dk\  
    •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。 &s&Ha{(!w  
    •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。 "ScY'<  
    W-vEh  
     et6@);F  
    文件信息 x4@IK|CE  
    0"`|f0}c  
     4[K6ZDBU  
    ;3sJ7%`v  
     L$f:D2Ei  
    QQ：2987619807 )`m/vYKWL  
     
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