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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-05-25
    摘要 -Uj3?W  
    S^z t>  
    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。 q+J;^u"E  
    3~ptD5@WF  
    h1U8z)D#   
    概述 zHg1K,t:  
    m\DI6O"u'  
    Mr}K-C?ge  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 5 A2u|UU  
    •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。 d7U%Q8?wUR  
    •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。 6!|/(~  
    i^Ip+J+[  
     ^77Q4"{W  
    NGs@z^&V  
    衍射级次的效率和偏振     aS3Fvk0R{h  
    >s;>"]  
    bMvHAtp  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 R[bI4|t  
    •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。 [+2iwfD  
    •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）。 D\LXjEm 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。 ;3P~eeQR  
    •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。 Er!s\(h  
     `%<^$Ng;  
    ')82a49eA  
    光栅结构参数 H\^zp5/  
    ]7/6u.G7R  
    (DTXc2)c  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 wticA#mb  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 )d =8)9B  
    •因此，选择以下光栅参数： 3o.9}`/  
    - 光栅周期：250 nm k@=w? m  
    - 填充系数：0.5 t \;,$i  
    - 光栅高度：200 nm ?(2^lH~6h  
    - 材料n1：熔融石英 9J(jbJ7p  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） C'S&  
     ^- H  
    1c19$KHu  
    CGCI3Z'  
    偏振状态分析 cd3;uB4\,  
    .DN)ck:e;  
    7dq*e4z)  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 _I<LB0kgf.  
    •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。 ;+NU;f/WM  
    •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。 cP,bob]  
    &Z%|H>+;T  
     0~GtK8^B  
    2J1YrHj3  
    产生的极化状态 ]R%+  
    Bf+7;4-  
     FJH'!P\  
    2r*Yd(e  
     l0@+ &Xj  
    其他例子 i8+[-mh  
    cwC-)#R']  
    ]IeyJ  
    •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。 *)82iD  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 Z+M* z;  
     kW.it5Z#  
    N[j*Q 8X_  
    >j}.~$6dj_  
    光栅结构参数 r{ }&* Y  
    {OGv1\ol&  
    W,-fnJk  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 ]zUvs6ksLG  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 tZ*z.3\<  
    •由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 M9dOLM.  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 T$vDw|KSVP  
     ^R;rrn{^  
    ]J)3y+;P  
    光栅＃1 ?o883!&v  
    #z&@f  
     fXfO9{E  
    )a0%62  
    ")i>-1_H  
    •仅考虑此光栅。 U%T{~f  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 Xm I63W*  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 TW)~&;1l  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 Bq*aP*jv  
     9S! 2r  
    e 0cVg  
    假设光栅参数： alz2F.%Y  
    •光栅周期：250 nm >xK!J?!K  
    •光栅高度：660 nm SM1[)jZ-  
    •填充系数：0.75（底部） +L>?kr[i[  
    •侧壁角度：±6° h&O8e;S#  
    •n1：1.46 SQ0t28N3h  
    •n2：2.08 pj/w9j G6  
     i?D KKjN$  
    光栅＃1结果 ai@hQJ*  
    j c-$l  
    6>R|B?I%  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 d^W1;0  
    •相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 o{I]c#W  
    •与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。     ,,o5hD0V9  
    b@  S.  
    .Mz'h 9@  
    4b<>gpQ  
    光栅＃2 o'auCa,N  
    Yj/[I\I"m  
     [r f.&  
     >cYYr@S  
    <WCTJ!Z  
    •同样，只考虑此光栅。 T]0H&Oov  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 | l|7[  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 nr>Os@\BU  
    假设光栅参数： 9W+RUh^W  
    •光栅周期：250 nm [Z$E^QAP  
    •光栅高度：490 nm l0GsY.~,  
    •填充因子：0.5 W v4o:_}  
    •n1：1.46 d&ap u{  
    •n2：2.08     h.WvPZ2U  
    6-!U\R2Z>  
    光栅＃2结果 GT3 ?)g{Z  
     &>$+O>c ,  
    y)]L>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。 ^j>w<ljzz  
    •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。 #yi&-9B  
    •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。 @kmOz(  
    2ms@CQy(00  
     6<>T{2b:(p  
    文件信息 Yp(F}<f?  
    .QVZ!  
      SE;Yb'  
    N`1W"Rx!  
     8{ooLdpX7  
    QQ：2987619807 g*%z{w  
     
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