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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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    离线infotek
    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 i@|.1dWh  
    sJ(q.FRM'  
    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。 DZ9qIc}Y  
    g0~3;y  
    B>TI dQ  
    概述 c(y~,hN&p  
    X/!37  
    oL 69w1  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 :.,3Zw{l  
    •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。 Z" !+p{u  
    •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。 Y><")%Q  
    /|. |y S9  
     9v2(cpZ  
    e2xqK G  
    衍射级次的效率和偏振     mlmXFEC  
    !Ho=(6V  
    4{1 .[##]o  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 x# &ZGFr~  
    •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。 yt-F2Z&  
    •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）。 +^6v%z  
    •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。 8(Y=MW;g  
    •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。 /`Wd+  
     ZdJer6:Z}  
    RL;>1Q,H  
    光栅结构参数 `*1059   
    G3G"SJ np  
    ;%R+]&J  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 [Bz'c1  
    •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。 u+RdC;_  
    •因此，选择以下光栅参数： 7v~\c%1V  
    - 光栅周期：250 nm =k(~PB^>  
    - 填充系数：0.5 1jhGshhp  
    - 光栅高度：200 nm x_3Zd  
    - 材料n1：熔融石英 VK)K#!O8  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） |5}~n"R5  
     V %cU @  
    Bi +a)_K  
    Odo"S;)  
    偏振状态分析 AjQ^ {P  
    zJfoU*G/B  
    I2!0,1Q  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 Q(}TN,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。 srN>pO8u~  
    •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。 c9dH ^t  
    f]BG`rJX  
     tN5brf  
    cJ%u&2J_  
    产生的极化状态 1MV\ ^l_  
    kd9GHN;7  
     .bm#|X)RO  
    U/B1/96lJ  
     up~l4]b+  
    其他例子 z:aT5D  
    \Mv8pU  
    )y7SkH|  
    •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。 'U)|m  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 xy% lp{  
     u_o>v{&i  
    <:u)C;  
    #lax0IYY=  
    光栅结构参数 A}#@(ma7  
    3986;>v  
    X,/@#pSOz  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 n ?%3=~9  
    •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。 DlR&Lnv  
    •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。 lHpo/ R :  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 Q~4o{"3.'  
     [H#I:d-+\  
    icF -`m  
    光栅＃1 T[=XGAJ  
    /FiFtAbb  
     UcMe("U  
    -/aDq?<<  
    [Bp[=\  
    •仅考虑此光栅。 %Hu Qc^  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 [&rW+/  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 :y'D] ,_  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 x#e(&OjN7  
     0+O)~>v  
    VG'oy  
    假设光栅参数： &L-y1'i=j  
    •光栅周期：250 nm '?Q [.{<  
    •光栅高度：660 nm -9{}rE  
    •填充系数：0.75（底部） dCcV$BX,K  
    •侧壁角度：±6° ~Gc+naE>  
    •n1：1.46 g~%=[1  
    •n2：2.08 :Qu!0tY  
     CS cM;U=  
    光栅＃1结果 :*1Gs,  
    TUZ-4{kV"  
    )^)VyI`O  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 1uv"5`%s  
    •相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 d {moU\W  
    •与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。     /'G'GQrr  
    _3T*[s;H  
    +U^dllL7  
    L5cNCWpo  
    光栅＃2 &I?1(t~hT  
    w"-bO ~5h  
     Yh:*.@  
     7 .+kcqX  
    P-No;/!B#  
    •同样，只考虑此光栅。 [j}%&$  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 9XS+W w7  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ]&VD$Z984r  
    假设光栅参数： N{P (ym2yR  
    •光栅周期：250 nm %M9^QHyo@  
    •光栅高度：490 nm W1y,.6  
    •填充因子：0.5 |82V` CV  
    •n1：1.46 v{=-#9-4 &  
    •n2：2.08     I]Wb\&$  
    d[rxmEXht  
    光栅＃2结果 VQ<Z`5eV  
     "=| yM~V  
    /D8cJgH-  
    •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。 Ec0Ee0%A]  
    •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。 -.g5|B  
    •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。 1WcT>_$  
    ClVMZ  
     C(iA G  
    文件信息 $F G4wA  
    PpU : 4;en  
     \s<iM2]Kl  
    X/i8$yqv  
     o|alL-  
    QQ：2987619807 ?b8NEVjw  
     
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