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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 _U{([M>;  
    (_r EAEo  
    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。 ubu?S%`  
    },5'z {3E  
    z4@k$ L8  
    概述 ^`SA'F ,  
    Y~)T  
    rdnRBFt   
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 Z+pom7A"E  
    •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。 E42eOGp9i  
    •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。 fbFX4?-  
    6DL[ aD  
     Omi^>c4G  
    aS|wpm)K>8  
    衍射级次的效率和偏振     7Z UiY  
    m,')&{Rd  
    Dml*T(WM>  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 L:M0pk{T  
    •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。 }j1!j&&  
    •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）。 dbS +  
    •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。 |3K)$.6~  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 !3oKmL5  
     sA9 &/p/  
    o5\b'hR*#  
    光栅结构参数 2X-l{n;>  
    wA`"\MWm  
    4$,,Ppn  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 BIf^~jAER%  
    •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。 7@a 0$coP  
    •因此，选择以下光栅参数： a;$P:C{gj?  
    - 光栅周期：250 nm tvX>{-M  
    - 填充系数：0.5 cgC\mM4Nla  
    - 光栅高度：200 nm U-0#0}_  
    - 材料n1：熔融石英 /w]&t\]*  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） }<MR`h1  
     5&CDHc7Oj  
    _SZ5P>GIU  
    Ni*Wz*o  
    偏振状态分析 (1pEEq84  
    jnu Y{0(&  
    5 / m$)wE  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 g^kx(p<u`  
    •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。 ?p[O%_Xf  
    •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。 Swtbl`,  
    *jzLFuWIG  
     7.<^j[?  
    LF*Q!  
    产生的极化状态 e=/&(Y  
    L6 6-LMkH  
     v| z08\a[  
    SC#sax4N!=  
     (}!C4S3#  
    其他例子 2aNT#J"_  
    7Tf]:4Y"  
    # Oup^ o@  
    •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。 <c,~aq#W'  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 <64HveJ  
     }bB` (B,m  
    X`zC ^z}  
    Q |i9aE  
    光栅结构参数 Q"J-tP!  
    PfW|77  
    ]!YtH]}  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 1M%S gV-#  
    •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。 KSs1CF'i  
    •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。 8{&["?  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 H5wb_yBQ+  
     $*~Iu%Az  
    7CvD'QW /  
    光栅＃1 c"gsB!xh  
    _JGs}aQ  
     sDiHXDI_m  
    96|[}:+$&:  
    9$d.P6|d>  
    •仅考虑此光栅。 $v;dV@tB  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 B(HT.%r^A  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 N=,j}FY  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 3" Vd==oK~  
     "/x_>ui1F  
    u@ N~1@RT|  
    假设光栅参数： 32XS`Z  
    •光栅周期：250 nm b#Kq[}  
    •光栅高度：660 nm Yx?aC!5M  
    •填充系数：0.75（底部） ?{J!#`tfV  
    •侧壁角度：±6° EO"C8z'al  
    •n1：1.46 z[!x:# q8`  
    •n2：2.08 )3E,D~1e%  
     /NBTvTI  
    光栅＃1结果 X:q_c=X  
    ['Z{@9  
    gT1P*N;v  
    •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。 6* rcR]  
    •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。 [e"RTTRfZ  
    •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。     #1Z7&#R/  
    VQ |^   
    !s IwFv )  
    o42`z>~  
    光栅＃2 +g\;bLT  
    OeTu?d&N  
     h W.2p+  
     `^8*<+  
    $B _Nc*_e  
    •同样，只考虑此光栅。 Lx+`<<_dJ  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 fD6GQ*  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ;) pl{_  
    假设光栅参数： jUY+3"?   
    •光栅周期：250 nm @phN|;?  
    •光栅高度：490 nm 9Q[>.):  
    •填充因子：0.5 ?JqjYI{$  
    •n1：1.46 Ph)| j&]  
    •n2：2.08     eqFvrESN~=  
    9O;vUy)  
    光栅＃2结果 };SV!'9s?~  
      5H.Db  
    /t{=8v~  
    •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。 zl)&U=4l  
    •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。 GXeAe}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。 8R/ *6S=&  
    ;QPy:x3  
     {8m1dEC^@Q  
    文件信息 8eX8IR!K9  
    ?`. XK}  
     /2w@ K_Px6  
    (T;9us0  
     &>=#w"skb6  
    QQ：2987619807 Bcaw~WD  
     
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