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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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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-05-06
    摘要 z\{y[3-  
    hxGZ}zq*S  
    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。 H9F\<5n]-l  
    RdRF~~R%  
    FTsvPLIv"  
    概述 *v_+a:  
    ".Luc 7  
    FQ2 6(.  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 -xPv]j$  
    •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。 n3 -5`Jti  
    •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。 2c LIz@  
    ^giseWR(  
     k|'{$/ n  
    M3!A?!BU  
    衍射级次的效率和偏振     =`Pgo5A  
    1 \:5ow&a  
    TFjb1 a,)  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 buu~#m 1z  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 xy5&}_Y  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 <k+dJ=f  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 a6cq0g[#z  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 >|'u:`A  
     f .-b.nNf  
    g4EC[>5!r  
    光栅结构参数 #?DwOUw  
    =dSH8C"  
    B+:/!_  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 Q'>pOtJG*J  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 7&;M"?m&  
    •因此，选择以下光栅参数： +twl`Z3n  
    - 光栅周期：250 nm la+RK  
    - 填充系数：0.5 #q#C_"  
    - 光栅高度：200 nm Dukvi;\  
    - 材料n1：熔融石英 P'MfuTtT&  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） 0N>NX?r  
     cNOtfn6?F  
    jwhc;y  
    z-ns@y(f@X  
    偏振状态分析 W<| M0S{  
    cuzU*QW"g  
    A{X:p3$eN  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 wX<w)@  
    •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。 imw,Nb  
    •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。 Sy()r 6n  
    n.is+2t  
     S\5%nz \  
    5,dKha  
    产生的极化状态 5 XtIVHA@{  
    X\&CQiPS  
     7W[+e&  
    +guCTGD:  
     [QUaC3l)  
    其他例子 X6 E^5m  
    AwnQ5-IR\  
    7]sRHX0o%  
    •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。 tBU n KPT  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 [h&)h+xt  
     gI~B _0x  
    cPunMHD  
    {0L.,T~g+[  
    光栅结构参数 lC.Q61J@  
    , L_u X  
    {:;6 *W  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 Rp^fY_  
    •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。 J(>T&G;  
    •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。 ^k J>4  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 d!57`bVOd  
     Q Uy7Q$W  
    ~#MXhhqB  
    光栅＃1 Fv_B(a  
    m+|yk.md  
     MD98N{+[|  
    mP*Ct6628n  
    1u8 k}  
    •仅考虑此光栅。 $ U=j<^R}a  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 "f~*4g  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ~n=oPm$pR  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 !P8Y(i  
     [_HY6gr  
    H|)F-aL[  
    假设光栅参数： lxsn(- j  
    •光栅周期：250 nm ;~,)6UX7  
    •光栅高度：660 nm P9 w);jp;  
    •填充系数：0.75（底部） N T>[ 2<  
    •侧壁角度：±6° T{So 2@_&  
    •n1：1.46 u']}Z% A9`  
    •n2：2.08 1,7  
     ^>/~MCyM.  
    光栅＃1结果 ZS<`.L6B3  
    &j}:8Tst  
    cY^'Cj  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 icK$W2<8mg  
    •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。 K+\2cf?bU  
    •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。     6Vgxfic  
    dOT7;@   
    ;I9g;}  
    |b4f3n  
    光栅＃2 w8D6j%C  
    2kcDJ{(  
     u!-v1O^[  
     ,!O]c8PcU  
    o<gK"P  
    •同样，只考虑此光栅。 TKp2C5bX  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 0qq>(K[  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 oFb~|>d  
    假设光栅参数： !]3kFWs  
    •光栅周期：250 nm [sNvCE$\]  
    •光栅高度：490 nm *X5<]{7c  
    •填充因子：0.5 KV)if'  
    •n1：1.46 ~ o=kW2Y  
    •n2：2.08     .ah[!O  
    ]D&U} n  
    光栅＃2结果 &+0?Xip{Z  
     e3mFO+  
    #-i#mbZ e  
    •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。 6p9 { z42  
    •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。 6 w'))Z  
    •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。 LJ6L#es2  
    _T_6Yl&cf)  
     /}/GK|tj  
    文件信息 QHxof7  
    (tyky&$!  
     "ql$Rz8  
    F9"Xu-g  
     } eF r,bJ  
    QQ：2987619807 N!fjN >cw  
     
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