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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 iIsEQh  
    rps(Jos_~  
    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}?k^x,1  
    WgA`kT  
    OQ(D5GR:4  
    概述 cGE=.  
    U~*c#U"bh  
    }3f BY@  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 g5[D&  
    •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。 6P~aW  
    •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。 4L5o\'X  
    $T?*0"Mj[  
     L`UG=7r q  
    K DYYB6|  
    衍射级次的效率和偏振     iW|s|1mh3  
    PMgQxM*h  
    !TP6=ks  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 ?&znUoB  
    •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。 ~{kM5:-iw  
    •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）。 -B1YZ/.rz"  
    •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。 4!l sk:R  
    •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。 N%9h~G  
     `,wc Q  
    _i3i HR?  
    光栅结构参数 ~{L.f94N  
    'h-3V8m^e  
    m|pTn#*`  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 CQdBf3q  
    •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。 oi2J :Y4  
    •因此，选择以下光栅参数： Yd' H+r5b  
    - 光栅周期：250 nm dG&2,n'f  
    - 填充系数：0.5 5kcJ  
    - 光栅高度：200 nm ]7a;jNQu  
    - 材料n1：熔融石英 9~@<-6jE3b  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） ,e9CJ~a  
     ?75\>NiR  
    C"6 Amnj  
    #gh p/YoTq  
    偏振状态分析 K~c^*;F  
    <rNtY,  
    </.z1 $  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 xXF2"+  
    •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。 Nd`HB=ShJ  
    •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。 ZP"yq6!i  
    $#5klA  
     %drJ p6n%  
    FbveI4  
    产生的极化状态 W1v CN31  
    {  |s/]W  
     #c-b}.R  
    (]2<?x*  
     +p3 Z#KoC  
    其他例子 TfJL+a0  
    (@ "=F6P  
    l '/N3&5  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 yI8 SQ$w0y  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 7Yuk  
     A8J8u,u9  
    5O&d3;p'  
    C` pp  
    光栅结构参数 &.zj5*J  
    _z q)0\  
    lr WLN  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 [g#s&bF  
    •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。 [OzzL\)3l  
    •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。 lzEb5mg  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 [[w2p  
     6 *Zj]is  
    ,+se  
    光栅＃1 & 1[y"S  
    m4@MxQm  
     7,*%[#-HE  
    \m f*ge\  
    NvQ%J+  
    •仅考虑此光栅。 V$(/0mQV(  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 ZRnL_ z~  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 #4><r.v3  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 &'s^nn]  
     GB>aT-G7q  
    %*kLEA*v  
    假设光栅参数： ]=x\b^  
    •光栅周期：250 nm '<7S^^ax  
    •光栅高度：660 nm MAnp{  
    •填充系数：0.75（底部） G+VD8]!K1  
    •侧壁角度：±6° ,)zt AFn=  
    •n1：1.46 D{cZxI  
    •n2：2.08 %hc'dZ  
     4=xq:Tf  
    光栅＃1结果 L]I3P|y_  
    ?g3 ]~;#  
    ]9*;;4M g  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 'a#mViPTQ)  
    •相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 `4V"s-T'  
    •与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。     zmiZ]uq  
    P]Xbjs<p  
    h0Ee?=  
    ^,TTwLy- t  
    光栅＃2 ^ S  
    #f*g]p{   
     B76 v}O:  
     "ZT.k5Z  
     W8]V  
    •同样，只考虑此光栅。 , ECLqs%  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 blahi]{Y9  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 G 4qy*.  
    假设光栅参数： f8'MP9Lv  
    •光栅周期：250 nm v$Uhm</|19  
    •光栅高度：490 nm ,PECYwegkt  
    •填充因子：0.5 0/ !,Dn  
    •n1：1.46 Yp1bH+/u  
    •n2：2.08     ZCYS\E 7X  
    cSK&[>i)4  
    光栅＃2结果 U>P|X=)  
     !^y y0`k6  
    XV>&F{  
    •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。 P=`1rjPE  
    •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。 {q3:Z{#>7  
    •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。 7NL% $Vf  
    8;8c"'Mn  
     A\AT0th  
    文件信息 r?A|d.Tl  
    hat>kXm2K  
     )R?;M  
    i ev>9j  
     sbo^"&%w  
    QQ：2987619807 j U[ O  
     
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