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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-05-25
    摘要 j{k]8sI,H]  
    `/]Th&(5  
    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。 P<<?7_ ??  
    oU/CXz?H  
    ]2O52r  
    概述 A4 ;EtW+F  
    `PML 4P[  
    tA#7Xr+  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 :[icd2JCw]  
    •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。 +/!kL0[v  
    •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。 IQn|0$':Z  
    h SGI  
     Bw5zh1ALC;  
    qg521o$*  
    衍射级次的效率和偏振     vo48\w7[  
    &f12Q&jY7  
    B[XVTok  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 &T7|f!y  
    •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。 !~X[qT  
    •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）。 Djv0]Sm^!  
    •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。 tG!ApL  
    •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。 5R^e  
     y3!r;>2k=  
    ]J<2a`IK!  
    光栅结构参数 <*D{uMw  
    D,cGW,2Nv  
    LJ^n6 m|_  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 oW0A8_|9  
    •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。 6yDc4AX  
    •因此，选择以下光栅参数： ^]nnvvp  
    - 光栅周期：250 nm eK<X7m^  
    - 填充系数：0.5 |jh&a+4W  
    - 光栅高度：200 nm H{XbKLU  
    - 材料n1：熔融石英 ?-'m#5i"  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） IZr~h9  
     4<`Qyul-  
    9VqE:c /  
    cvoE4&m!  
    偏振状态分析 uJBs3X  
    !m7`E  
    d4y?2p ?3  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 x2-i1#j`;  
    •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。 n^} -k'l  
    •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。 N?Wx-pK  
    j=r aS  
     |r5e#3w  
    rE:"8d}z  
    产生的极化状态 5|T[:m  
    yr4j  
     M:%6$``  
    /O,>s  
     Ino$N|G[  
    其他例子 HIK" Ce  
    ejr9e@D^  
    M%*D}s-QE  
    •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。 B=0U^wL  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ~&zrDj~FI  
     B =EI&+F+  
    L5+X&  
    Iq76JJuCb  
    光栅结构参数  [#+yL  
    iD;pXE{2s%  
    ].=~C"s,a  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 NNKI+!vg  
    •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。 :K:oH}4oh  
    •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。 |2i=oX(r|  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 -?jI{].:8  
     &U_YDUQ'L  
    Ry$zF~[   
    光栅＃1 {}sF ?wZf  
    xj6@85^  
     F&tU^(7<  
    + ESEAi91  
    fGeDygV^`  
    •仅考虑此光栅。 (-<s[VnXP  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 [`F}<L."  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 k-:wM`C  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 }9Th`   
     TFfV?rBI  
    `l#|][B)g$  
    假设光栅参数： =:w]EpH"  
    •光栅周期：250 nm R6(sWN-  
    •光栅高度：660 nm 1*x;jO>Hk  
    •填充系数：0.75（底部） t zTnFV  
    •侧壁角度：±6° @r.w+E=  
    •n1：1.46 Rm&^[mv  
    •n2：2.08 Fjs:rZ#{  
     r<%ua6@  
    光栅＃1结果 t!=qt*  
    xj ?#]GR  
    #Nv^F  
    •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。 Oc6_x46S4  
    •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。 |w{}h6 a  
    •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。     *?JNh;  
    3R}O3#lj,  
    Q.U wtH  
    {Vw\#/,  
    光栅＃2 bpr  
    N4[`pXM6  
     2l4*6rYa(  
     { R`"Nk  
    \&6^c=2=  
    •同样，只考虑此光栅。 PeX^aEc  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 eP?=tUB!S  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 8opd0'SNaB  
    假设光栅参数： (u{?aG~  
    •光栅周期：250 nm } SNZl`>  
    •光栅高度：490 nm !y$:}W?_  
    •填充因子：0.5 nF)b4`Nd  
    •n1：1.46 |zkZF|-  
    •n2：2.08     up@I,9C/  
    @W1F4HYds  
    光栅＃2结果 =d*5TyAcu  
     % tE#%;Z  
    *QGyF`Go{  
    •同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 0Ym_l?]m[  
    •相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 ;4'pucq5/  
    •与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 m]?C @ina  
    W"v"mjYud  
     ]aMeMhe-  
    文件信息 QVR8b3T@  
    @2`$ XWD  
     (a9>gLI0  
    ng{ "W|  
     [0?W>A*h  
    QQ：2987619807 s=H| ^v  
     
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