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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 z{%G  
    h\20  
    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。 A!j&g(Z"Q  
    0<P -`|X  
    7Y$p3]0e+  
    概述 J@)6]d/,  
    c5t?S@b  
    0&w.QoZY(  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 43(+3$VM7  
    •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。 *.i` hfRc  
    •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。 :Tjo+vw7$H  
    ikofJl]9  
     ,Z52d ggD  
    |#MA?oz3T  
    衍射级次的效率和偏振     >Ks|yNJ  
    W/&cnp\  
    0_%u(?  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 3|@Ske1%Y  
    •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。 /r]IY.  
    •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）。 paiF ah  
    •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。 g8B@M*JA  
    •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。 j[c|np4k\  
     cl{;%4$9  
    ya|7hz{  
    光栅结构参数 q,+d\-+  
    y&SueU=  
    CRS/qso[Q'  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 mF#{"  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 2AU_<Hr6  
    •因此，选择以下光栅参数： \f%jN1z  
    - 光栅周期：250 nm J;G+6C$:  
    - 填充系数：0.5 i"zWv@1z  
    - 光栅高度：200 nm 4GaF:/  
    - 材料n1：熔融石英 /(XtNtO*  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） ^ b}_[B  
     ;JDxl-~  
    e6]u5;B r  
    mO]>(^c  
    偏振状态分析 J6|5*|*^  
    &|55:Y87  
    Rsqb<+7  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 Z9TG/C,eo  
    •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。 Xgc@cwd  
    •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。 ,LU/xI0O  
    M2mte#h  
     ?!8M I,c/  
    %5a>@K]  
    产生的极化状态 HPm12&8,  
    #(!>  
     1_*o(HR  
    e=TB/W_  
     3fM~R+p  
    其他例子 hcwKi  
    L)J0T Sh  
    Al6)$8]e   
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 Bo_Ivhe[m  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 IIs'm!"Y>  
     (*BQd1Z  
    05.^MU?^U  
    wjQu3 ,Cj  
    光栅结构参数 )<t5' +d%  
    Hj$JXo[U  
    mKQ !@$*  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 ( {5LB4  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 Z$~Wr3/  
    •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。 JZ]4?_l  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 PW~+=,  
     O| ) [j@7  
    TE3A(N'  
    光栅＃1 >@rsh-Z  
    j"9bt GX  
     bBn4m:  
    ehV`@ss  
    ^#9 &Rk!t  
    •仅考虑此光栅。 |Xlpgdiu  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 n0:'h}^  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ND WpV  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 OV_Y`u7YR  
     JJPU!  
    @~qlSU&  
    假设光栅参数： 4U*J{''L  
    •光栅周期：250 nm mADq_` j  
    •光栅高度：660 nm 4 >at# Zc  
    •填充系数：0.75（底部） J 6D?$  
    •侧壁角度：±6° q~48lxDU  
    •n1：1.46 =c"`>Vi@d  
    •n2：2.08 yO; r]`j0  
     [kM)K'-  
    光栅＃1结果 NiQ`,Q$B  
    6-c3v  
    ]v{f!r=}  
    •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。 l\I#^N  
    •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。 /GD4GWv :  
    •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。     Y!N *J  
    ^2rNty,nH  
    w]J9Kv1)-  
    ,]+P#eXgE  
    光栅＃2 ~ODm?k  
    *NHBwXg+  
     S='AA_jnw  
     L0H;y6&  
    =UE/GTbl  
    •同样，只考虑此光栅。 ACxOC2\n  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 $T.we+u  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 yV,ki^^  
    假设光栅参数： TPH`{  
    •光栅周期：250 nm GVP"~I~/:  
    •光栅高度：490 nm z-$bce9*  
    •填充因子：0.5 DN3#W w2[r  
    •n1：1.46 RY3ANEu+  
    •n2：2.08     uLX5khQ  
    SAMP,un7  
    光栅＃2结果 \x P$m|Y3  
     [@fw9@_'  
    Y_tLSOD#/  
    •同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 C8 9c2  
    •相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 {>PN}fk2QP  
    •与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 Ir'(GB  
    ^m8T$^z>  
     ()a(PvEO  
    文件信息 |h$*z9bsf  
     yV[9 (  
     Fr_esx  
    QWz5iM  
     <+I^K 7   
    QQ：2987619807 t\Pn67t  
     
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