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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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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-05-06
    摘要 naH(lz|v  
    fCF.P"{W"  
    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。 E;x-O)(&  
    -3v\ c~  
    KV|D]}  
    概述 "aCB}  
    !rAH@y.l  
    o{fYoBgr  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 6SH0 y  
    •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。 ?%qaoxG37  
    •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。 zGyRzxFN  
    fRLA;1va  
     <N$Hb2b  
    !#W>x49}  
    衍射级次的效率和偏振     f^lcw  
    )UF'y{K}  
    zPqJeYK  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 fW+ "Kuw  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 yq k8)\p  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 ,52 IR[I<T  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 l5Ko9CG  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 B= ~y(Mb  
     8tQL$CbO  
    WPNw")t!  
    光栅结构参数 Fj~suZ`  
    #&?ER]|3  
    oxN5:)  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 P(b[|QF  
    •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。 d 94k  
    •因此，选择以下光栅参数： dhLR#m30T  
    - 光栅周期：250 nm uGb+ *tD  
    - 填充系数：0.5 nb=mY&q}~  
    - 光栅高度：200 nm }EkL[H!  
    - 材料n1：熔融石英 'G>XI;g  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） M.}J SDt  
     j,^&U|!  
    {cOx0=  
    df@NV Ld  
    偏振状态分析 v+in:\Dv  
    k89N}MA   
    {G x=QNd  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 6Yodx$  
    •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。 s9CmR]C  
    •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。 MooH`2Fd  
    Q~Mkf&s  
      6d;}mhH  
    "IzAvKPM  
    产生的极化状态 v"ORn5  
    P4_B.5rrJ  
     l+P!I{n  
    .-M5.1mo\(  
     UH%H9; ,$]  
    其他例子 JfWkg`LqL  
    >\<eR]12  
    5Ex[}y9L`  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 /96lvn]8lO  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 \}=T4w-e  
     V.*M;T\i  
    _3 oo%?}  
    p@f #fs  
    光栅结构参数 jGz~}&B  
    GLecBF+>F  
    4sQm"XgE  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 9M27;"gK  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 1mJUl x  
    •由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 ^`id/  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 k6ry"W3  
     *izCXfW7  
    TBPu&+3  
    光栅＃1 J+IItO4%  
    ?.< Qgd  
     ri8=u$!  
    tmS2%1o  
    mwLf)xt0'  
    •仅考虑此光栅。 Sxc)~y  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 Bc }o3oc  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 J~WT;s  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 WJONk_WAc  
     l3F$5n  
    K)>F03=uE  
    假设光栅参数： BT8)t.+pv  
    •光栅周期：250 nm N7lg6$s Aj  
    •光栅高度：660 nm "A+7G5  
    •填充系数：0.75（底部） H%Vf$1/TF  
    •侧壁角度：±6° &nr{-][  
    •n1：1.46 X\Zan$oi  
    •n2：2.08 ;-~E !_$  
     PVlC j  
    光栅＃1结果 `WL3aI":  
    DKfpap}8u  
    JRz) A4P  
    •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。 iZfZF  
    •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。 vb>F)po1}  
    •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。     QK6_dIvDz  
    t adeG  
    /}E2Rr?{  
    X:Wd%CHP  
    光栅＃2 XV%R Mr6  
    iy]L"7&Z2  
     SF; \*]["f  
     ";7N$hWE  
    8Snv, Lb`^  
    •同样，只考虑此光栅。 ^$'z#ZN1  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 :$u[1&6  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 2#5Q~  
    假设光栅参数： J i@q7qkC  
    •光栅周期：250 nm JW0\y+o~  
    •光栅高度：490 nm cSYCMQ1ro  
    •填充因子：0.5 ),`jMd1`  
    •n1：1.46 kJuG haO  
    •n2：2.08     }(u:K}8  
    r-$xLe7a  
    光栅＃2结果 Xykoq"dbb  
     MMKN^a"GA  
     \8C<nh  
    •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*/;W&7y  
    •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。 <B|b'XVH2  
    •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。 Ln&~t(7  
    =dNE1rdzNa  
     vd#)+  
    文件信息 `)8~/G%  
    J1O1! .  
     dh6kj-^;Cf  
    ,^e2ma|z  
     W"@'}y  
    QQ：2987619807 rWJ5C\R  
     
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