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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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    光币
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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-05-06
    摘要 F>TYVxQ  
    9DmSs=A  
    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。 .HQVj'g  
    1`nc8qC  
    @ca#U-:g  
    概述 tnA_!$Y a  
    /E; ;j9  
    MM=W9#  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 {V{0^T-  
    •为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 2lX[hFa5  
    •为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 w/hh 4ir  
    SIj6.RK  
     {_": / A  
    t*eleNYeS~  
    衍射级次的效率和偏振     ^u=PdBY  
    W<Bxm|  
    :v|r=#OI  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 *;>V2!N=U  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 ;GiI'M  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 |2WxcW]U.%  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 _-g-'Hr+N  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 cC7"J\+r*  
     C]aOgt/U  
    {vf+sf ^^q  
    光栅结构参数  aOaF&6'j  
    Sn_z  
    U` ? zC~  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 2<p5_4"-U*  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 4`?sE*P@`  
    •因此，选择以下光栅参数： B:.;,@r]  
    - 光栅周期：250 nm 3s88#_eT  
    - 填充系数：0.5 =U)n`#6_j2  
    - 光栅高度：200 nm h v;n[  
    - 材料n1：熔融石英 Dwm@E\^ihm  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） D}=/w+  
     buMiJzU  
    ~{52JeUcP  
    Dx p>  
    偏振状态分析 GapX$Jb,p  
    >cvE_g"?C  
    I{i:B  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 O>)n*OsS  
    •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。 l5":[C$  
    •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。 n"K {uj))  
    hX{g]KE>  
     U*`  
    UKt/0Ze  
    产生的极化状态 +MOe{:/6  
    H]T2$'U6  
      "@UU[o  
    GU;TK'Yy?  
     muqfSF  
    其他例子 /j=DC9_  
    %XDip]+rb  
    mGM inzf  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 z=- 8iks|  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 4iL.4Uj{N  
     (;Dn%kK  
    3:02`;3  
    h4$OXKme?  
    光栅结构参数 Sop Ntcu!  
    ,=q7}5o Y  
    h&:Q$*A>   
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 79<9}<T  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 E980yXJR  
    •由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 &cn%4Er  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 #%} u8\q  
     SSA%1l 2!  
    ],fwZd[t  
    光栅＃1 r(?'Yy  
    Fw_bY/WN{  
     V5(tf'  
    @wAr[.lZ  
    s[{:>~{iq  
    •仅考虑此光栅。 sJjl)Qs)T  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 /pSUn"3  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 dwf #~7h_  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 8KGv?^M 6W  
     1o5Y9#7  
    c9cphZ(z  
    假设光栅参数： ]Gi+Z1q  
    •光栅周期：250 nm TGt1d  
    •光栅高度：660 nm c?V*X-   
    •填充系数：0.75（底部） C&d"#I  
    •侧壁角度：±6° Ilt L@]e  
    •n1：1.46 6S+K*/w  
    •n2：2.08 ;'WzfJ!q  
     fjK]m.w  
    光栅＃1结果 &d|VH y+  
    )2<B$p  
    GqK&'c   
    •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。 ,$zSJzS  
    •相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 Dry;$C}P  
    •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。     LP m# 3U  
    G~iYF(:&  
    }5Tyzi(  
    ZjI/zqBm  
    光栅＃2  _.J[w6  
    Ow .)h(y/  
     -R8!"~o  
     [Yahxw}  
    g]PLW3  
    •同样，只考虑此光栅。 $M3A+6["H  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 w]5f3CIm  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 39a]B`y  
    假设光栅参数： S1^Mw;?P  
    •光栅周期：250 nm 3 Q%k (,  
    •光栅高度：490 nm {;(g[H=q;  
    •填充因子：0.5 >"$-VY6i  
    •n1：1.46 /CQQ^/  
    •n2：2.08     x8rFMR#S=  
    4Z T  
    光栅＃2结果 .Zo9^0`C  
     __zu- !v  
    e#eO`bT  
    •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。 5SWX v+  
    •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。 3=L1HZH  
    •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。 g]#zWTw(   
    *~oDP@[S  
     t-|=weNy  
    文件信息 [\%t<aa  
    &=yqWW?  
     A`U2HC   
    #uw*8&%0  
     wb Tg  
    QQ：2987619807 t T/*ZzMq#  
     
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