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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 NzS`s,N4/0  
    {gzVbZ#  
    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。 +mYK  
    h r6?9RJY  
    sYB2{w   
    概述 ;,xM*  
    k h6n(B\  
    PgsG*5WQ  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。  p+-IvU  
    •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。 /)sP<WPQ 6  
    •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。 I~nz~U:ak  
    (4/W)L$  
     t(}g;O-  
    ~VV$wU!A  
    衍射级次的效率和偏振     |Z8Eu0RSb  
    c7nbHJi  
     vSo1WS  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 2"WP>>b80  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 FJB B@<>:  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 vVSf'w   
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 r(rT.D&  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 D58RHgY[  
     2I 7|hZ,  
    %q6I-  
    光栅结构参数  3CPSyF  
    g*!1S  
    )[ejb?{d  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 }/ Qj8l.  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 nd w&F'.r  
    •因此，选择以下光栅参数： 5ka6=R(r  
    - 光栅周期：250 nm 6#ktw)e  
    - 填充系数：0.5 4~2 9,  
    - 光栅高度：200 nm w%(D4ldp   
    - 材料n1：熔融石英 7/iN`3Bz  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） #k,.xMJ~  
     cH707?p/I  
    h<qi[d4X  
    ]l`V#Rd  
    偏振状态分析 +^%)QH>9   
     )|W6Z  
    En4!-pWHQ  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 G/_xn5XDD  
    •如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 H|/"'t OZ  
    •为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 /v.<h*hxWy  
    V6B[eV$D  
     a%`L+b5-$  
    !vuun |  
    产生的极化状态 P G zwS  
    EAE#AB-A  
     ;@O8y\@  
    [WXcp1p  
     ]ZH6 .@|  
    其他例子 =F_j})O5  
    .N7&Jy  
    z>b^Ui0  
    •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。 %BQ?DTtb7'  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 SZ:R~4 A  
     $QwzL/a  
    8C*xrg#g:  
    IR32O,)  
    光栅结构参数 cQ3p|a `  
    UG]x CkDS  
    uE>m3Y(aP  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 v~0lZe  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 O9RnS\  
    •由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 fw|t`mUGu  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 #A:^XAU1Z@  
     \w-3Spk*  
    h;mOfF  
    光栅＃1 dP"cm0  
    \"$q=%vD  
     ,V)hV@Dk  
    8E>2 6@.  
    e}s,WC2-  
    •仅考虑此光栅。 pV1 ;gqXNS  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 v7v>  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 g_eR&kuh  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 2o 7o~r  
     nN>Uh T  
    Z/:W.*u  
    假设光栅参数： YVk +zt~S  
    •光栅周期：250 nm \aN5:Yy  
    •光栅高度：660 nm '1zC|:,  
    •填充系数：0.75（底部） zLPCWP.u  
    •侧壁角度：±6° |BO5<`&I  
    •n1：1.46 }S%}%1pG7  
    •n2：2.08 $?9u;+jIR  
     H~:g =Zw  
    光栅＃1结果 ;a[3RqmKW  
    z_). -  
    iztgk/(+G  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 )-1$y+s>  
    •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。 @@}muW>;T  
    •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。     -*2b/=$u  
    5U*${  
    1+l[P9?R[  
    $>Gf;k  
    光栅＃2 Rli`]~!w  
    ^plP1c:  
     :ra[e(l9  
     Z7Nhb{  
    $$R- >  
    •同样，只考虑此光栅。 o+\?E.%%g  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 {q&A/  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 T<RWz  
    假设光栅参数： _HAr0R8BY  
    •光栅周期：250 nm GF0Utp:Zf;  
    •光栅高度：490 nm ePxf.U  
    •填充因子：0.5 avqJ[R  
    •n1：1.46 4Cvo^k/I  
    •n2：2.08     W\e!rq  
    ])WIw'L!  
    光栅＃2结果 + Cq&~<B  
     /|<0,ozoJ  
    u7-0?  
    •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。 UQtG<W]<  
    •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。 If|i `,Iy  
    •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。 , - _ReL  
    1i Q(q\%  
     =.9tRq  
    文件信息 ;bq EfV0`2  
    O)r>AdLGn  
     S7CD#Y[s  
    &<C&(g{Z  
     ^Ux*"\/Es  
    QQ：2987619807 UZE%!OWpeK  
     
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