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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-05-06
    摘要 zJ9v%.e  
    aG%kmS&fv  
    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。 ;U Yc  
    b"``D ?  
    ?d$"[lKX  
    概述 8j%'9vPi  
    JqEW= 5  
    8L%M<JRg~  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 `)32&\  
    •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。 $>*Yhz `  
    •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。 nnNv0 ?>d(  
    s5l3V2k  
     Sk:2+inU  
    dpwD8Q< U  
    衍射级次的效率和偏振     XS?gn.o\  
    |; $Bb866/  
    fXO_g  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 mEFw|M{  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 V<8K@/n@  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 xCWz\-;  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 y4@gGC=  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 8eluO ?p  
     _%y4q%#  
    q$[n`w-  
    光栅结构参数 ;+ azeW ^  
    5 L/x-i  
    GIT #<+"  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 @o>EBZ7MS  
    •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。 )%mg(O8uL  
    •因此，选择以下光栅参数： vE%s, E,  
    - 光栅周期：250 nm *5k+t  
    - 填充系数：0.5 ^~$\ g]  
    - 光栅高度：200 nm lCJ6Ur;  
    - 材料n1：熔融石英 yto[8;)_  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） IA4N@ijRxh  
     ,zhJY ?sk  
    %{!R l@  
    C!+I>J{4f  
    偏振状态分析 1@>$ Gcc  
    }4&/VvN  
    tIc 7:th  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 {u"8[@@./  
    •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。 UMU2^$\iS  
    •为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 X|}2_B  
    N\NyXh$  
     _c`K+o"3  
    }rq9I"/L  
    产生的极化状态 :z&7W<  
    ;f1qLI  
     zF`3 gl.  
    wM~H(=s`D  
     dtZE67KS  
    其他例子 :g6n,p_#  
    ),(V6@Z?  
    }!p`1]gem  
    •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。 w_hHfZ9E  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 :nA.j"@  
     O hVs#^  
    oDn|2Sdqd  
    v+G=E2Lhv  
    光栅结构参数 );FS7R  
    @n -r-Q  
    ^v&D;<&R  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 W$0^(FH[  
    •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。 'n;OB4  
    •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。 :|+Qe e  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 S >yLqPp  
     =LkR!R=  
    aNxAZMg  
    光栅＃1 58 bCUh#uw  
    ^uBxgWIC  
     iK5_u2]Q  
    H/+B%2Zj  
    - e"jw#B  
    •仅考虑此光栅。 nKoiG*PI  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 Hc^W%t~  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 X] %itA  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 0@I S  
     m3bCZ 9iE  
    bi[IqU!9  
    假设光栅参数： .8(OT./  
    •光栅周期：250 nm Fqy\CMC  
    •光栅高度：660 nm ,:LA.o}h  
    •填充系数：0.75（底部） }%7 NF*  
    •侧壁角度：±6° /D! ;u]  
    •n1：1.46 */:uV B,b2  
    •n2：2.08 ]:>,A@7  
     EU7|,>a  
    光栅＃1结果 .*g0w`H5pU  
    _{<seA  
    PHOP%hI $  
    •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。 7x);x/#8Z  
    •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。 )R`xR,H  
    •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。     GZI`jS"lU  
    #7ohQrP  
    a=cvCf  
    k:jSbbQ  
    光栅＃2 S*o[ZA   
    ;OqB5qd  
     %\]* OZ7  
     ~t9tnLc$  
    J'$>Gk]  
    •同样，只考虑此光栅。 A,sr[Pa@  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 ry9T U  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 /xtq_*I1S  
    假设光栅参数： [8tL"G6s  
    •光栅周期：250 nm WSuww  
    •光栅高度：490 nm y;_% W  
    •填充因子：0.5 i&{DOI%w  
    •n1：1.46 MxT-1&XL  
    •n2：2.08     p w8 s8?  
    ]a5 f2lE  
    光栅＃2结果 C74a(Bk}H  
     o2<#s)GpY  
    (=7Cs  
    •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。 Z#rB}  
    •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。 'yMF~r3J  
    •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。 &=VDASEu  
    sI{ M  
     nBk)WX&[K  
    文件信息 0u\GO;  
    feQ **wI  
     JvY}-}?c  
    ,^uEYT}j  
     Djg,Lvhm  
    QQ：2987619807 293M\5:  
     
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