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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 hJzxbr <  
    ^$&k5e/}C  
    光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 _fZZ_0\Q  
    =]-j;#'&  
    BTM), w2  
    概述 4t)%<4  
    aR,}W\6M  
    XUuu-wm:}  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 {EdH$l>94  
    •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。 # O4gg  
    •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。 $lhC{&tBV  
    Me6+~"am/  
     rQ=,y>-*  
    u_7~TE3W  
    衍射级次的效率和偏振     lg047K   
    0flg=U9  
    'R&uD~Q  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 ,;M4jc {  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 xQw7 :18wQ  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 O@?k T;B  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 q5>v'ZSo  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 8ssJ<LP  
     RxMH!^  
    >Z1q j>  
    光栅结构参数 5=e@d:Sz  
    [!%![E  
    6\61~u~  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 [frq  'c  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 TNQP" 9[?  
    •因此，选择以下光栅参数： F#|: `$ t  
    - 光栅周期：250 nm MLFKH  
    - 填充系数：0.5 uUKcB:  
    - 光栅高度：200 nm O$IjN x  
    - 材料n1：熔融石英 >J u]2++lx  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） ={hX}"*D  
     vP+@z-O  
    @y31NH(  
    hK<5KZ/4  
    偏振状态分析 KRjV}\}  
    >AJSqgHQ,  
    8( b tZt  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 )]#aauC+  
    •如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 o!Rd ^  
    •为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 W d0NT@  
    c*UvYzDZL  
     qYhs|tY)  
    N25V ]  
    产生的极化状态 -gQCn>"  
    4[r/}/iGo  
     85;b9k&\M  
    ]jpu,jz:  
     wp7!>% s{  
    其他例子 N?X~w <  
    t#!yrQ..'G  
    Ged[#Q  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 GElvz'S~  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 Mkq( T[)  
     sl*5Y#,|1  
    7^T^($+6s&  
    S(:l+JP  
    光栅结构参数 ItVugI(^ C  
    n<B<93f/  
    j1 =`|  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 ITy/eZ"&:  
    •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。 <_(/X,kBK  
    •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。 ?aW^+3i  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ^9-&o  
     =vT<EW}[  
    {-BRt)L[  
    光栅＃1 CIVnCy z  
     )J?{+3  
     -+t]15  
     X\}Y  
     s}onsC  
    •仅考虑此光栅。 Q?AmOo-a  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 %6--}bY^  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 7H>@iI"?  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 yPw'] "  
     ;L&TxO>#J  
    t*@z8<H  
    假设光栅参数： exdx\@72  
    •光栅周期：250 nm hm<}p&!J  
    •光栅高度：660 nm L#)(H^[  
    •填充系数：0.75（底部） _ pO`  
    •侧壁角度：±6° R}mn*h6  
    •n1：1.46 g,:j/vR  
    •n2：2.08 4d:{HLX,  
     #.[AK_S5&  
    光栅＃1结果 ASPy  
    |y20Hi':  
    flgRpXt  
    •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。 dz>;<&2Z  
    •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。 }3R13   
    •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。     |w}xl'>q  
    (z$r:p  
    6WoAs)ZF  
    ny-7P;->8  
    光栅＃2 n}xhW'3hU=  
    c"!lwm3b  
     t:LcNlN|  
     %r)avI  
    #y|V|nd  
    •同样，只考虑此光栅。 K\XyZ  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 j]0^y}5f+s  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 '&;yT[  
    假设光栅参数： >!6i3E^  
    •光栅周期：250 nm 4x%(9_8 {-  
    •光栅高度：490 nm 2FD=lR?6  
    •填充因子：0.5 sS TPMh  
    •n1：1.46 qz4^{  
    •n2：2.08     YC]L)eafo`  
    w<9>Q1(  
    光栅＃2结果 }6 5s'JB  
     D}3XFuZs_  
    z'p:gv]  
    •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。 J/);"bg_O  
    •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。 QCPID:  
    •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。 KNgH|5Pb  
    '2zL.:~  
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    文件信息 -)!> M>=s  
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    QQ：2987619807 ^BZkHAp  
     
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