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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: 2021-05-25
    摘要 vf!lhV-UG+  
    x,<|<W5<%  
    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。 S8e?-rC  
    dsZ-|C  
    AHplvksb  
    概述 _]kw |[)  
    x c?=fv  
    W> $mU&ew[  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 K!tM "`a  
    •为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 hIo ^/_K  
    •为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 "2 qivJ  
    /,9n1|FrG  
     fTI~wF8!  
    )%I62<N,z  
    衍射级次的效率和偏振     _lw:lZM?  
     LII4sf]  
    KhNE_. Z  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 LV]F?O[K=  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 Y-v6M3$  
    •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）。 ~#:R1~rh\e  
    •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。 E(an5x/r  
    •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。 N}\3UHtO  
     ]L!:/k,=S  
    ^%RIz!}  
    光栅结构参数 o[k,{`M0  
    7;ddzxR4  
    `_.(qg   
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 u:}yE^8@  
    •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。 q} p (p( N  
    •因此，选择以下光栅参数： TxmKmZ u  
    - 光栅周期：250 nm xU;Q ~(  
    - 填充系数：0.5 !@f!4n.e|I  
    - 光栅高度：200 nm 8^qLGUxz  
    - 材料n1：熔融石英 :w26d-QR(  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） NU%W9jQYS  
     +{&++^(}a  
    6;}W)S  
    g$9s} \6B  
    偏振状态分析 BA`K,#Ft7  
    cD9axlJ  
    q=/ck  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 71k >_'fl  
    •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。 i/q1>  
    •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。 FrQRHbp3  
    2~!+EH  
     $McbVn)~f  
    O`'r:&#W  
    产生的极化状态 ^}<h_T?<_-  
    *l8:%t\  
     ),U>AiF]  
    cy( WD#^  
     0)9'x)l:  
    其他例子 <izn B8@  
    h$a% PaVf  
    cDLjjK7:   
    •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。 YjwC8#$  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ;+R  
     L%0G >2x  
    ~cW,B}  
    6e At`L[K.  
    光栅结构参数 {Nny .@P)H  
    VK]sK e  
    LVxR *O  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 vC%8-;8{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。 bv4G!21]*;  
    •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。 ^Z:qlYZ  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ^n<o,K4\}  
     ~Jx0#+z9V  
    4Y4QR[>IU3  
    光栅＃1 H 5'Ke+4.e  
    9 az{j 1  
      j#YPo  
    a X:,1^  
    *BAR`+;U  
    •仅考虑此光栅。  @1O.;  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 VL| q`n  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ynU20g  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 /}#@uC  
     .{ r %C4q9  
    h][$1b&B  
    假设光栅参数： B0"55g*c  
    •光栅周期：250 nm y-#01Z  
    •光栅高度：660 nm XmX{e.<NZ  
    •填充系数：0.75（底部） hSF4-Vvb  
    •侧壁角度：±6° y#)ad\  
    •n1：1.46 .%T.sQ  
    •n2：2.08 LV!<vakCK  
     Z<@dM2b)  
    光栅＃1结果 KkD&|&!Q7u  
    a?ux  
    bz\-%$^k  
    •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。 *_CzCl^   
    •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。 xty)*$C>  
    •与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。     IH$ZPux  
    .Arcsg   
    H&E3RU> `  
    #Zt(g(T  
    光栅＃2 ,7mB`0j>  
    7dtkylW  
     s\3OqJo%)  
     qpXsQim$~  
    m9 D' yXZ  
    •同样，只考虑此光栅。 vvmG46IgZ  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 #f-pkeaeq  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 d@e2+3<  
    假设光栅参数： P1IL ]  
    •光栅周期：250 nm \ICc?8oL  
    •光栅高度：490 nm $Z[W}7{pt#  
    •填充因子：0.5 xmNs<mz  
    •n1：1.46 Dwg_#GSr  
    •n2：2.08     l[u=_uaYl  
    =dDr:Y<@*  
    光栅＃2结果 >dYN@cB$}  
     $fFh4O4  
    |cIv&\ x  
    •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。 W2T6JFv  
    •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。 1%`Nu ]D  
    •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。 G7uYkJO  
    O"V;otlC  
     {dXmSuO  
    文件信息 \^]*T'>b  
    jSd[  
     ^g N/5  
    ;<N%D=;}@  
     \ _l4li  
    QQ：2987619807 iWp 6^g  
     
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