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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 $.ctlWS8l{  
    ][8`}ki 1  
    光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 ,x3< a}J  
    (II#9 n)  
    egWfKL&iy  
    概述 4zOFu/l6R  
    ']^]z".H  
    v(uNqX.BC  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ;<F^&/a|yQ  
    •为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 ),%@X  
    •为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 ! bwy/A  
    XZTH[#MqeI  
     NUuIhB+  
    W_ ;b e  
    衍射级次的效率和偏振     ).tTDZ   
    &< FKcrZ,  
    X7?14W  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 (@* %moo  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 zf\$T,t)  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 9zLeyw\  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 <)L[V  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 5RF*c,cNq  
     GJF ,w{J  
    dD 6jMl  
    光栅结构参数 Q} -YD.bx3  
    +mO/9m  
    + :b"0pu-H  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 16~5;u  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 6>'>BamX  
    •因此，选择以下光栅参数： *oh,Va  
    - 光栅周期：250 nm &TN.6Hm3  
    - 填充系数：0.5 ?'tFTh  
    - 光栅高度：200 nm !<h-2YF<M  
    - 材料n1：熔融石英 ,nUovWN07  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） zRR^v&.9K  
     T-js*  
    |B2>}Y/  
    -(#`JT8  
    偏振状态分析 & }_tALg  
    kWC xc0  
    '^'PdB  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 mF>{cVTF  
    •如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 l5enlYH  
    •为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 @k-GyV-v  
    OskQ[ e0  
     z gxMDLH  
    +N|t:8qaf  
    产生的极化状态 j}G9+GX~,  
    pT:6A[&  
     %^u e  
    Pf3F)y[=  
     4`?WdCW8  
    其他例子 w)>/fG|;  
     "'Q~&B;@  
    8'Q&FW3"  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 3_J({  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 E8aD[j[w  
     1<0Z@D~F  
    ^jk-GRD*  
     Q 6r  
    光栅结构参数 7v`~;}5  
    UQBc$`v  
    @Fb 2c0?Y  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 K[q-[q#yc  
    •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。 * YLp C^&  
    •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。 fDChq[LAn  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 8`|Z9umW*  
     Rvj[Csgi  
    LiEDTXRz  
    光栅＃1 [QwqP=-6  
    q9nQ/]rkHF  
     [3v&j_  
    X9YbTN  
    (%4O\ s#l  
    •仅考虑此光栅。 \?$kpV  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 80LN(0?x  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 O7f"8|=HX  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 I\= &v^]  
     [-nPHmZV[  
    0)9n${P7d  
    假设光栅参数： 4CxU eq  
    •光栅周期：250 nm /Em6+DN>  
    •光栅高度：660 nm 6+SaO !lR  
    •填充系数：0.75（底部） 3nx*M=  
    •侧壁角度：±6° ~W_ T3@  
    •n1：1.46 !*,m=*[3  
    •n2：2.08 PWS5s^WM  
     d.y-R#F_]  
    光栅＃1结果 i >BQRbU  
    ~mT([V  
    ]!WD">d:  
    •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。 %)y-BdSp.  
    •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。 M{X; H'2  
    •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。     3o_@3-Y%  
    Rab7Y,AA  
    q=26($  
    TcH7!fUj  
    光栅＃2 :MF+`RpL  
    E>YE3-]  
     GOX2'N\h^  
     5&}p'6*K  
    }`_x%]EJ  
    •同样，只考虑此光栅。 nO8e'&|  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 xsx0ZovhY  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 G=m18Bv{  
    假设光栅参数： KK/siG~O  
    •光栅周期：250 nm ?b?YiK&yz  
    •光栅高度：490 nm Y-]Ne"+vf  
    •填充因子：0.5 Gyy?cn6_  
    •n1：1.46 YDGW]T]i ?  
    •n2：2.08     YvFt*t  
    kp,$ NfD  
    光栅＃2结果 i5czm?x  
     lR5k1J1n  
    +wm%`N;v<  
    •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。 Gi,4PD-ro  
    •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。 1j!{?t ?  
    •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。 8/W2;>?wKc  
    $6/CTQ  
     cTdX'5  
    文件信息 o AM)<#U>  
    #M[%JTTn  
     le~p2l#e   
     $kY ]HI  
     }%S#d&wh$_  
    QQ：2987619807 ;Lk07+3G  
     
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