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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: 2021-05-25
    摘要 BwbvZfV|  
    4-s Uy  
    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。 3^8%/5$v  
    {4 *ob@w*  
    qPWYY  
    概述 Jcm" i ~  
    =YI<L8@g~  
    H1+G:TM  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 =*}|y;I  
    •为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 9kTU|py  
    •为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 k5|h8%h8  
    [gU z9iU  
     KN5.2pp  
    E: #VS~  
    衍射级次的效率和偏振     B+,Z 3*  
    68d(6?OgW  
    !YCYmxw#  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 i,,UD  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 ZfS-W&6Z  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 q_JES4ofx  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 \=1k29O  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 @va6,^)  
     V*LpO 8=  
    #k*e>d$  
    光栅结构参数 "J$vt`  
    ^[!LU  
    N_h)L`  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 yo3'\I  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 S&FMFXF@  
    •因此，选择以下光栅参数： ur"cku G!9  
    - 光栅周期：250 nm /=i^Bgh4  
    - 填充系数：0.5 d-lC|5U%  
    - 光栅高度：200 nm LC2t,!RRl&  
    - 材料n1：熔融石英 L=?Yc*vg  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） 0Kq\ oMn  
     8nW#Q <s  
    QXniWJJ  
    zq8LQ4@ay  
    偏振状态分析 ">j}!n 8J  
    9Y3_.qa(.  
    glm29hF  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 M1-n  
    •如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 r1}YN<+,s  
    •为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 ez@`&cJ7  
    H_un3x1  
     q]DV49UK  
    [8v v[n/  
    产生的极化状态 )k&<D*5s  
     mR)Xq=  
     [2"a~o\  
    <-D>^p9  
     *0^!%Y'/4  
    其他例子 sB"Oi|#lk  
    YKlYo~fGN9  
    9@9(zUS|  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 |Ah'KpL8W  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ?Id3#+-O  
     @FKm_q  
    W1dpKv  
    -W38#_y/\  
    光栅结构参数 i 3?=up!  
    0z1m!tr  
    &`Oj<UyJY  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 /zJDQ'k0  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 7o_1PwKS6  
    •由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 R*|y:T,H  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 .76T<j_  
     _bRd2k,  
    OGpy\0%  
    光栅＃1 hd0d gc  
    Xn@\p5<  
     q~]S5  
    -.<fGhmU  
    O9?t,1  
    •仅考虑此光栅。 Aru=f~!  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 -FftEeo7  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 pBl'SQccp  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 k<(G)7'gm  
     T5H[~b|9-  
    5tfD*j n  
    假设光栅参数： Aj#bhv  
    •光栅周期：250 nm ;n]GHqzY_  
    •光栅高度：660 nm ldk (zAB.  
    •填充系数：0.75（底部） q$RJ3{Sf  
    •侧壁角度：±6° Hj(ay4 8  
    •n1：1.46 {| ~  
    •n2：2.08 5ar2Y$bY  
     }%2hBl/  
    光栅＃1结果 PIOG| E  
    r:;nv D  
    T-,T)R`R  
    •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。 $]LhE:!G  
    •相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 +5~5BZP  
    •与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。     t7#lRp&  
    bvn%E H  
    jEU`ko_  
    9lXjB_wG>  
    光栅＃2 jR1t&UD3Y  
    ',+YWlW  
     ufl[sj%^|  
     _C"=Hy{  
     \EI<1B  
    •同样，只考虑此光栅。 NSs"I]  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 fL$U%I3  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ]]Bq te  
    假设光栅参数： R%Xhdcn7  
    •光栅周期：250 nm *~Y$8!ad  
    •光栅高度：490 nm 2-G6I92d  
    •填充因子：0.5 2:[ -  
    •n1：1.46 yBKEw(1  
    •n2：2.08     G42J  
    JJC Y M  
    光栅＃2结果 z3Id8G&>  
     ;@ <E  
    Y["aw&;#O\  
    •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。 ke\gzP/  
    •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。 <DeC^[-P  
    •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。 !V.2~V[^M  
    5z/*/F=X  
     b6(LoN.  
    文件信息 !m {d6C[  
    xgp 6lO[  
     v[l={am{/  
    ccR#<Pb6q  
     zjE|UK{  
    QQ：2987619807 Th.Mn}1%L  
     
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