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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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    离线infotek
    科学家
     
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    光币
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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-05-06
    摘要 r 5:DIA!  
    *ewE{$UpK  
    光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 6"z:s-V  
    :<!a.%=  
    IrM Ws86;  
    概述 +%oXPG?  
    'tklz*  
    KP%A0   
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 Qv|A^%Ub!  
    •为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 [a`89'"z  
    •为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 A+_361KH  
    Ic P]EgB  
     X=8y$Yy  
    (~#{{Ja  
    衍射级次的效率和偏振     I& DEF*  
    g Q6_]~4  
    F8S% \i  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 1pg&?L.MA  
    •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。 <Y9%oJn%  
    •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）。 C%vR!Az  
    •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。 a~>+I~^K5q  
    •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。 il|e5TD^  
     Uf4A9$R.G  
    'S;INs2|->  
    光栅结构参数 \QGh@AQp"  
    3rBSwgRl  
    EyO=M~nsS  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 5<^ $9('  
    •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。 ~=67#&(R  
    •因此，选择以下光栅参数： F0(P 2j  
    - 光栅周期：250 nm H,u{zU')  
    - 填充系数：0.5 x-1RmL_%  
    - 光栅高度：200 nm ~4fUaMT  
    - 材料n1：熔融石英 #ueWU  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） f#f<Ii  
     1DLAfsLlj  
    '"qTmo!  
    7@oM?r7td  
    偏振状态分析 ~.7/o0'+  
    e ?sMOBPlv  
    lJb1{\|.,  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 @cRR  
    •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。 v#c'p^T  
    •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。 {%Cb0Zh  
    zZp0g^;.?  
     79`OB##  
    !LJEo>D  
    产生的极化状态 /Z^"[Ke  
    ut j7"{'k|  
     Cw$0XyO  
    # 0kVhx7%  
     EdcbWf7  
    其他例子 /o L& <e  
    wr5ScsNS  
    SbLm  
    •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。 *^ aEUp6&  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 C-h9_<AwJQ  
     Q3"{v0  
    fVJlA  
    LY:%k|L9  
    光栅结构参数 3']a1\sy^  
    vG'6?%38  
    S3oyx#R('O  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 R5Pk>-KF  
    •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。 RW-) ({  
    •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。 (;!92ct[?  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 \3"jW1Wb  
     'Dn\.x^]1  
    WwUhwY1o!L  
    光栅＃1 0Wkk$0h9  
    `^v=*&   
     *jR4OY|DXH  
    &u+l`F^Z  
    TW?_fse*[  
    •仅考虑此光栅。 `uP:UQ9S  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 t| PQ4g<  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Xfc+0$U@  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 ^yLhL^Y  
     YY zUg  
    v*";A  
    假设光栅参数： 22OfbwCb  
    •光栅周期：250 nm _^/k  
    •光栅高度：660 nm 4%B0H>  
    •填充系数：0.75（底部） 4bs<j  
    •侧壁角度：±6° -=cxUDB  
    •n1：1.46 !n7'TM '  
    •n2：2.08 LwlO)|E  
     0Ra%>e(I^  
    光栅＃1结果 K<rv|bJ  
    9r. h^  
    H@xHkqan  
    •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。 f@@7?5fW  
    •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。 /8#e < p  
    •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。     u{-@,-{  
    Ct][B{  
    3Ofh#|qc&  
    C: AD ZJL  
    光栅＃2 B[ .$<$}G  
    "4IrW6B $9  
     R-Ys<;  
     GaCRo7  
    `# U<'$  
    •同样，只考虑此光栅。 b>-h4{B[  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 (#?O3z1@"  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 `w&?SXFO8  
    假设光栅参数： Bs `mzA54  
    •光栅周期：250 nm 9^u}~e #(  
    •光栅高度：490 nm G} f9:G  
    •填充因子：0.5 aUF{57,<  
    •n1：1.46 GbC@ |  
    •n2：2.08     F EUfskv  
    Mkh/+f4  
    光栅＃2结果 `_k_}9Fr  
     :7M%/#Fy  
    0bpGPG's&  
    •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。 KPVu-{_Fi  
    •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。 !gJTKQX4  
    •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。 D<hX%VJ%M  
    =xQPg0g  
     ?)ct@,Ek$  
    文件信息 2n+ud ?|l  
    6j8\3H~  
     @SH[<c  
    R$ !]z(  
     u/<ZGW(&s(  
    QQ：2987619807 M]|]b-#  
     
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