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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 bUds E 1f  
    W$`#X  
    光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 -@Urq>^v T  
    u^#e7u  
    d0&  
    概述 M*C1QQf\N  
    p L^3*B.Nr  
    N2Ysi$  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 g#Ta03\  
    •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。 Rha|Rk~  
    •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。 lN0u1)'2  
    SXN]${  
     nR wf;K  
    _ n1:v~  
    衍射级次的效率和偏振     da_0{;wR  
    CS5[E-%}T=  
    OVc)PMp  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。  ls7P$qq  
    •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。 }' s W[?ik  
    •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）。 N9y+P sh  
    •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。 n3qRt  
    •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。 wZW\r!Us  
     "dE[X` }=  
    DsD? &:  
    光栅结构参数 }T AG7U*  
    tmM; Z(9t  
    R@/"B?`(f  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 5h Dy62PRr  
    •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。 [1ClZ~f  
    •因此，选择以下光栅参数： #6l(2d  
    - 光栅周期：250 nm !IB}&m  
    - 填充系数：0.5 q)KOI` A  
    - 光栅高度：200 nm #};Zgixo$  
    - 材料n1：熔融石英 VZ y$0*  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） [Fv,`*/sm  
     zA:q/i  
    ^U96p0H"T  
    a2kAZCQ  
    偏振状态分析 P=\Hi.]%  
    b!`Ze~V  
    Jf\`?g3#  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 wu &lG!#  
    •如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 i\gt @  
    •为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 [TFp2B~)#  
    vts"  
     ;Ru[^p.{  
    m/(/!MVy  
    产生的极化状态 ;ceg:-Zqo  
    t)g %9 k^  
     T!HAE#xC  
    V@TA~'$|  
     o_[~{@RoR  
    其他例子 2V u?Y  
    {fX~%%c"  
    Sm?|,C3V  
    •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。 jp@X,HES  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 e"XolM0IM  
     1$6 u  
    >!{8)ti  
    Ggst s  
    光栅结构参数 bAuiMw7!  
    8 Gy*BpmJn  
    }d iE'  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 0Zo><=  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 'zT7$ .L  
    •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。 N'$P( bx  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ^Jdg%U?  
     [KbLEMrPba  
    E}a.qM'  
    光栅＃1 yf`_?gJ6d  
    )  LTV+?  
     1/qD5 *`Y  
    jsr)  
    m qUDve(  
    •仅考虑此光栅。 Fm6]mz%~u#  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 9F6dKPN:  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 -f1}N|hy  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 Tyb'p9  
     QtW e,+WWV  
    99,=dzm  
    假设光栅参数： '&K' 0qG  
    •光栅周期：250 nm ,!g/1m  
    •光栅高度：660 nm 9f5~hBlo  
    •填充系数：0.75（底部） .*>C[^  
    •侧壁角度：±6° u|u)8;'9(  
    •n1：1.46 ~| ZAS]  
    •n2：2.08 H1KXAy`&  
     Gv }  
    光栅＃1结果 ) hoVB  
    6"}F KRR  
    7Q~W}`Qv'  
    •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。 hb/Z{T'   
    •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。 f;l}Z|dok6  
    •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。     |E||e10wR  
    *8yC6|wL?  
    A=e1uBGA  
    F{.g05^y  
    光栅＃2 *-q &~  
    ^nOh 8L;  
     O*,O]Q  
     ZC<EPUV(  
    f4NN?"W)  
    •同样，只考虑此光栅。 D;+Y0B  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 ncOl}\Q9  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 yT7{,Z7t  
    假设光栅参数： :J2^Y4l2  
    •光栅周期：250 nm h4Arg~Or  
    •光栅高度：490 nm +u\w4byl  
    •填充因子：0.5 REi"Aj=  
    •n1：1.46 V2@( BliP  
    •n2：2.08     T%Zfo7  
    oblw!)  
    光栅＃2结果 jO*H8 XO  
     ?>vkY^/  
    wq1s#ag<  
    •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。 8. +f@wv  
    •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。 ymqn1ja1  
    •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。 "@5{=  
    <pS#wTsN4%  
     cSG(kFQ  
    文件信息 fLSDt(c',  
    r( wtuD23q  
     pjSM7PhQ  
    &f?JtpB  
     P#8lO%;  
    QQ：2987619807 3!#FG0Z   
     
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