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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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    在线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 rA?< \*  
    `w >D6K+  
    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。 =$y J66e  
    Vrlqje_Q  
    }vY^e OK.  
    概述 rf@47H  
    w{L9-o3A  
    D~i5E9s5  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 8`)* ?Q9~  
    •为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 }xBO;  
    •为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 j<BRaT  
    C<T6l'S{?  
     iQ2}*:Jc$  
    M"p%CbcI]  
    衍射级次的效率和偏振     zx]r.V  
    C:^ :^y  
    V*2 * 5hx  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 [$d]U.  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 k}nGgd6XD  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 >m!Z$m([J  
    •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。 n=~!x  
    •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。 }m^^6h  
     VrfEa d  
    &3"ODAp'  
    光栅结构参数 "m6G;cv  
    wVI_SQ<8V  
    F{Yr8(UHA  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 ~J~R.r/  
    •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。 ZQ`4'|"  
    •因此，选择以下光栅参数： z(.,BB[  
    - 光栅周期：250 nm #tsP  
    - 填充系数：0.5 u0k'Jh]K  
    - 光栅高度：200 nm N>a~k}pPH  
    - 材料n1：熔融石英 ju;OQC~[L]  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） ONpvx5'#  
     @Z#h?:  
    ~rjK*_3/  
    ZRw^< +  
    偏振状态分析 F|!=]A<  
    GoX<d{  
    8tjWVo  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 _D{FQRU<YD  
    •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。 H l(W'>*oL  
    •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。 gG.+3=  
    0(u}z  
     3"my!}03  
    OKau3T]  
    产生的极化状态 :?z @T[-  
    dG~U3\!  
     VFnxj52<  
    nB :iG  
     2{ l|<'  
    其他例子 ZR)M<*$  
    ,+OVRc  
    /5epDDP-t5  
    •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。 I(&N2L$-  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 %1GKN|7  
     uuh._H}-  
    _^RN$4.R>  
    Uh1UZ r  
    光栅结构参数 NgsEEPu?  
    zZ51jA9x  
    /?Y4C)G  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 Z RwN#?x  
    •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。 0%HAa|L,,  
    •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。 #a|r ^%D  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 \f Kn} ]kG  
     d0%Wz5Np  
    x+'Ea.^  
    光栅＃1 4XiQ8"C  
    9|@5eN:N  
     C~.\2D`zy  
    $5\sV48f  
    oL>o*/  
    •仅考虑此光栅。 ?l @=}WN  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 i~<.@&vt  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 V5 9Vf[i|  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 g.8^ )u  
     -<T> paE9  
    "9*MSsU  
    假设光栅参数： mdmJne.  
    •光栅周期：250 nm bng/v  
    •光栅高度：660 nm +yk0ez  
    •填充系数：0.75（底部） &h6 `hP_  
    •侧壁角度：±6° 7N vRZ!  
    •n1：1.46 >8vq`,e  
    •n2：2.08 0oi.k;  
     U =g&c `  
    光栅＃1结果 # X{lV]Z  
    q/@r#  
    wA,-!m  
    •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。 C\bJ_vl;'  
    •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。 jzi^ OI7  
    •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。     M#8_Qbvfk  
    o:as}7/^  
    DI-CC[  
    p>T  
    光栅＃2 g*4^HbVxt  
    81I9xqvSd~  
     K^b'<} $|p  
     mv$gL  
    /6 x[C  
    •同样，只考虑此光栅。 {=3'H?$  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 Ne1W!0YLK  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 r=RiuxxTq  
    假设光栅参数： )7E7K%:b,  
    •光栅周期：250 nm tgeXX1Eq!  
    •光栅高度：490 nm M4d4b  
    •填充因子：0.5 3Dj>U*fP  
    •n1：1.46 FiXE0ZI$0q  
    •n2：2.08     nU2w\(3|  
    Y31e1   
    光栅＃2结果 ,n>K$  
     /kO%aN  
    {G|= pM\'  
    •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。 Mt~2&$>  
    •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。 LTb#1JC  
    •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。 >4=7t&h  
    >pq=5Ha&  
     7< ?Aou  
    文件信息 $ 93j;  
    >ca`0gu  
     u+pZ<Bb  
    7 3ABop  
     7$"5qJ{s  
    QQ：2987619807 h?->A#  
     
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