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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 ~9]vd|  
    c 4AJ`f.5  
    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。 |[rn/  
    { { \oC$  
    nL?P/ \  
    概述 z@ `o(gh  
    M@T{uo  
    iDDJJ>F26  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 #z P-, 2!r  
    •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。 3S3 a|_+%  
    •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。 @g#5d|U);  
    0)|Z 7c&  
     |&4A"2QN  
    20}HTV{v  
    衍射级次的效率和偏振     5M=U*BI  
    i "V.$|,  
    4ior  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 y hKH} kR  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 {z>!Fw  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 !SK`!/7c?  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 wS=vm}}u  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 bpc1> ?  
     k[8F: T-  
    6'r;6T *  
    光栅结构参数 ~Z5AImR|  
    G y[5'J`  
    WD%(RC"Q  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 vN(~}gOd\  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 >T;!Z5L1  
    •因此，选择以下光栅参数： ^$'{:i  
    - 光栅周期：250 nm Milp"L?B%  
    - 填充系数：0.5 !Q"L)%)'A  
    - 光栅高度：200 nm -;gQy[U  
    - 材料n1：熔融石英 u0#KBXRo  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） 8(Az/@=n  
     @A6iY  
    KH,f'`  
    hr]+ 4!/  
    偏振状态分析 lZAGoR;0Ra  
    5=V"tQ&d9U  
    pT=^o  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 ,<Cl^ ^a,  
    •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。 >\K=)/W2  
    •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。 2Rw<0.i|  
    d3znb@7  
     3m& r?xZs  
    2:|vJ<Q  
    产生的极化状态 Do(G;D`h+_  
    7KiraKb|  
     Y*@7/2,  
    sq=EL+=j  
     9X*Z\-  
    其他例子 Aq(cgTNW  
    r ??_2>Q  
    O^\:J 2I(  
    •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。 4Yvz-aSyO  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 9U;  
     .=YV  
    2@bOy~$A  
    8G)~#;x1  
    光栅结构参数 >e;jGk?-  
    (_#E17U)_  
    7W}%ralkg  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 97 SS0J  
    •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。 T[OI/ WuK  
    •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。 wDi/oH/H  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 5 v.&|[\k  
     lO\HchG zB  
    PW@ :fM:q  
    光栅＃1 l'm|**  
    GTB\95j]  
     0(d!w*RpG  
    $`UdG0~  
    e,#w* |  
    •仅考虑此光栅。 $MvKwQ/  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 P 4)Q5r  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 (@N ILK  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 @ *Jbp  
     .feB VRg  
    g:RS7od=,  
    假设光栅参数： ]4B;M Ym*  
    •光栅周期：250 nm [&~x5l 8\C  
    •光栅高度：660 nm Mm,\e6#*  
    •填充系数：0.75（底部） kj|Oj+&  
    •侧壁角度：±6° i5(qJ/u  
    •n1：1.46 =~D[M)UO|  
    •n2：2.08 3KqRw (BK  
     IJ+}  
    光栅＃1结果 5vD\?,f E  
    2Rys:$  
    \6GNKeN  
    •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。 6{d?3Jk  
    •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。 FnVW%fh  
    •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。     /Q9Cvj)"  
    _ LgP  
    Vxrj(knck,  
    :)Es]wA#HZ  
    光栅＃2 V*JqC  
    tMdSdJ8  
     R%LFFMVn  
     #/I+[|=[O  
    D4"<suU|.  
    •同样，只考虑此光栅。 Msvs98LvW  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 N (\n$bpTt  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 x xzUey  
    假设光栅参数： $C=XSuPNK  
    •光栅周期：250 nm <x$nw'H9  
    •光栅高度：490 nm **-rPonM[  
    •填充因子：0.5 4D 5Wse  
    •n1：1.46 GYy8kp84  
    •n2：2.08     QDJ#zMxFD  
    >&>EjK4?  
    光栅＃2结果 P$Y w'3v/  
     > mCH!ey  
    })8D3kzX)  
    •同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 oFyB-vpYQV  
    •相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 vp&.  
    •与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 hG`@#9|f  
    f@9XSZ<.71  
     5mVO9Q j  
    文件信息 >8{{H"$;(  
    r 25VcY  
     lO9Ixhf~iu  
    D\ZH1C!d  
     RwK6u-u#9  
    QQ：2987619807 ,;MUXCC'  
     
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