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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-05-06
    摘要 oKCv$>Y  
    \Hdsy="Dnh  
    光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 jwUX?`6jX  
    X`1R&K;z^  
    }=}wLm#&1  
    概述 i4]oE&G  
    g+5c"Yk+u~  
    ({Pjz;xM  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ^,,}2dsb>  
    •为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 0)M8Tm0$  
    •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。 !JyY&D~`  
    ,ryL( "G  
     gq"d$Xh$x7  
    tbWf m5$  
    衍射级次的效率和偏振     YM};85K  
     * k<@  
    #=VYq4B=  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 !sSq4K  
    •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。 IrMB=pWo  
    •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）。 r fzNw  
    •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。 ^5.XQ 0n  
    •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。 6JDaZh"=K  
     &!OEd ]  
    DzQ  
    光栅结构参数 DY9]$h*y  
    ]8}51y8  
     ?C#E_  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 N0.|Mb"?t  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 B\v+C!/f |  
    •因此，选择以下光栅参数： l?=\9y  
    - 光栅周期：250 nm p[(I5p: L  
    - 填充系数：0.5 tq}45{FH3  
    - 光栅高度：200 nm -(t7>s  
    - 材料n1：熔融石英 z9*e%$+S  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） M `^[Y2 c  
     ]%)<9 ]}  
    o6d x\  
    Ps74SoD-  
    偏振状态分析 ,/D}a3JD  
    wWy;dma#  
    xbm%+  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 !t^DN\\#  
    •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。 ocFk#FW  
    •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。 nuXL{tg6  
    3f] ;y<Km  
     #3QPcoxa  
    IQRuqp KL  
    产生的极化状态 Jsysk $R  
    z@i4  
     d<6F'F^w.7  
    5$: toL  
     viG,z4Zf  
    其他例子 ?9kC[4G  
    3o%vV*  
    {d'-1z"q  
    •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。 N+=|WeZ  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ,|{`(y/v  
     MQQm3VaKS  
    U}RBgPX!  
    ;^5k_\  
    光栅结构参数 {aUnOyX_  
    + cfEyiub  
    `8ac;b  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 N)H "'#-  
    •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。 >ESVHPj]  
    •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。 yQiY:SH  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 4,e'B-.  
     (-21h0N[V  
    @kWL "yy,  
    光栅＃1 /ce;-3+  
    9%"7~YCDas  
     #$I@V4O;#  
    j#1G?MF  
    "XR=P> xk  
    •仅考虑此光栅。  X0VS a{  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 %.Ma_4o Z  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 vR!+ 8sy$  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 H#~gx_^U  
     iT>u&0B-  
    mGjB{Q+  
    假设光栅参数： ;:P4~R  
    •光栅周期：250 nm H~a ~ 'tm  
    •光栅高度：660 nm ~5f&<,p!  
    •填充系数：0.75（底部） YYv0cV{E  
    •侧壁角度：±6° 7$'AH:K  
    •n1：1.46 % i4 5  
    •n2：2.08 %S`& R5  
     {A/r)  
    光栅＃1结果 566!T_  
    |ia5Mr"t  
    %MeAa?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。 C/e.BXA  
    •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。 UK ':%LeL  
    •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。     )`DVPudiy  
    IZ=Z=k{  
    =AIFu\9#a`  
    ^M'(/O1  
    光栅＃2 L  ;L:  
    YThVG0I =  
     x>yqEdR=o  
     (?jK|_  
    h>/teHy /  
    •同样，只考虑此光栅。 r&{8/ 5 "  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 FDMQ Lxf  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 (Q*q# U  
    假设光栅参数： >jW**F  
    •光栅周期：250 nm \'m7un  
    •光栅高度：490 nm x MJ-=  
    •填充因子：0.5 >Xn,jMUW  
    •n1：1.46 ,:?ibE=  
    •n2：2.08     5pCicwea#  
    -9b=-K.y  
    光栅＃2结果 _3`G ZeGV  
     4uXGp sL  
    $*C }iJsF  
    •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。 Kxsd@^E  
    •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。 gP% <<yl  
    •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。 !j6 k]BgZ  
    TO6F  
     `<YMkp[  
    文件信息 . >"xp6  
    $--8%gh dG  
     +(+lbCW/  
    :'[?/<iTg  
     .I`>F/Sjr  
    QQ：2987619807 5U2%X pO   
     
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