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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 oHnpwU  
    !$# 4D&T  
    光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 7/!C  
    G_4P)G3H  
    # |[@Due  
    概述 'p]qN;`'O$  
    $m oa8  
    mLA$ F4/K  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 /loN Outw  
    •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。 VSFl9/5?  
    •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。 jhM|gV&  
    0EU4irMa  
     bkIA:2HX  
    lf# six  
    衍射级次的效率和偏振     |XG7UH  
    (9|K}IM:  
    s>I}-=.(Q  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 qrYeh`Mv  
    •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。 >[=`{B  
    •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）。 f+AIxSw  
    •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。 h(sKGCG  
    •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。 tRCd(Z,WY  
     y-k-E/V}  
    6mLE-( Z7  
    光栅结构参数 GefgOlg5"  
    q)zvePO#  
    QNEaj\   
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 )6WU&0>AU8  
    •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。 Big-)7?  
    •因此，选择以下光栅参数： ^o:5B%}#[  
    - 光栅周期：250 nm t$iU|^'uV  
    - 填充系数：0.5 M - TK  
    - 光栅高度：200 nm CP^^ct-C  
    - 材料n1：熔融石英 Wfy+7$14M  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） 3I(H.u  
     6 dMpd4"\  
    Mq?21gW  
    6j#5Ag:  
    偏振状态分析 5w3'yA<vE  
    Mla,"~4D5  
    %SXqJW^:  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 "H@AT$Ny(  
    •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。 n\U6oJN  
    •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。 rD?o97  
    N@S;{uK  
     enM 3  
    ppA8c6  
    产生的极化状态 7\lc aC@  
    2=RDAipf59  
     `mVH94{+I  
    P) #rvTDRw  
     %+}\i'j7  
    其他例子 HtlXbzN%)  
    ` (<>`  
    GEgf_C!%@  
    •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。 9UX-)!  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 $2 0*&4y^  
     x g@;d  
    B}.ia_&DLR  
    'WoX-y  
    光栅结构参数 O"GzeEY7  
    WJWhx4Hk  
    +H_Z!T.@  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 h/ic-iH(>  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 IU/*YI%W  
    •由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 xk9]jQ7  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 {S c1!2q  
     3%k+<ho(  
    Q_S fFsY  
    光栅＃1 6O?O6Ub  
    UHHe~L  
     h fNBWN  
    ^`$KN0PY  
    a<Ta*:R$0  
    •仅考虑此光栅。 [@)|j=:i:  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 BScysoeD  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Z|.. hZG  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 V.}U p+WL  
     _]NM@'e  
    x<].mx  
    假设光栅参数： 8G=4{,(A  
    •光栅周期：250 nm @eul~%B{X  
    •光栅高度：660 nm e_e|t>nQ  
    •填充系数：0.75（底部） : &]%E/  
    •侧壁角度：±6° cuHs`{u@P  
    •n1：1.46 ^,50]uX_  
    •n2：2.08 7~ 2X/  
     ]yyfE7{q  
    光栅＃1结果 :98Pe6  
    8K$:9+OY  
    ,Tpds^  
    •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。 #Ew}@t9  
    •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。 [}Nfs3IlBw  
    •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。     zOcMc{w0   
    6Rso}hF}}  
    WWY9U  
    i/->g:47P  
    光栅＃2 "8N]1q:$4  
    hFKYRZtP.8  
     r$+9grm<  
     YEGXhn5E  
    m{' q(w}  
    •同样，只考虑此光栅。 X"R;/tZ S4  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 /OZF3Pft  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 'tOo0Zgc  
    假设光栅参数： "<kmiK/  
    •光栅周期：250 nm ,ihTEw,t(  
    •光栅高度：490 nm 0tA+11Iu  
    •填充因子：0.5 45# `R%3  
    •n1：1.46 PR Y)hb;1  
    •n2：2.08     *Owq_)_ (|  
    OUD<+i,  
    光栅＃2结果 .NabK  
     !j- 7,  
    ]+oPwp;il  
    •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。 &9'6hMu  
    •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。 fO9e ;  
    •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。 t4nAy)I)P  
    #<)u%)`  
     q4VOK 'N  
    文件信息 Yx,  
    e-Eoe_k  
     sLCL\dWT  
    D:%v((Ccw  
     w+Ag!O}.L  
    QQ：2987619807 <^M`U>   
     
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