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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 =Y]'wb  
    QMQ\y8E  
    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。 41XS/# M$*  
    &WV&_z  
    Po*G/RKu4W  
    概述 A1p87o>  
    ;QS(`SK l  
    N/V~>UJ0{*  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 UfxY D  
    •为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 ah2L8jN"  
    •为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 WXmR{za   
    z?M_Cz;:J  
     (O-.^VV  
    7) zF8V  
    衍射级次的效率和偏振     # KgDOCQH  
    /!A?>#O&.  
     &peUC n  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 y3Qb2l  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 ,>Yl(=&  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 2AdO   
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 'wT !X[jF  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 I3^}$#>  
     L} Rsg'U  
    vhE^jS<Tg  
    光栅结构参数 u5O`|I@R  
    f=T-4Of  
    h#~\-j9>  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 4T??8J-J  
    •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。 h6;vOd~%  
    •因此，选择以下光栅参数： X"EZpJ'W  
    - 光栅周期：250 nm w^Atd|~gi  
    - 填充系数：0.5 #<o=W#[  
    - 光栅高度：200 nm #gcv])to  
    - 材料n1：熔融石英 &G$K. q  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） `)TuZP_)  
     mzm{p(.  
    ZGsI\3S  
    khQ@DwO*\=  
    偏振状态分析 wmDO^}>ZP  
    12o6KVV^x  
    r~YxtBZH+  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 X0 ^~`g  
    •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。 o XFo  
    •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。 SSn{,H8/j  
    KbGz3O'u  
     ZE:!>VXa87  
    nw,XA0M3  
    产生的极化状态 sL4j@Lt  
    _@@.VmZL  
     n`.JI(|  
    _~.S~;o!b  
     3Q!)bMv \  
    其他例子 XP^[,)E  
    aL^ 58My&  
    {v}BtZ  
    •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。 Qpocj:  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 d=eIsP'h  
     oxNQNJ!X  
    ;:1o|>mX  
    `Rx\wfr}  
    光栅结构参数 0)]?@"j  
    :6jh*,OHZl  
    C$4!|Wg3  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 o0 |T<_  
    •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。 +lw8YH  
    •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。 !rTkH4!_  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 p+#]Jr  
     p8(Z{TSv  
    XsGc!  o  
    光栅＃1 fk2p}  
    $ww0$  
     xQDWnpFc  
    N oRPvFv  
    dLbSvK<(I  
    •仅考虑此光栅。 s<{) X$  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 9>r@wK'Pn  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ~cul;bb#  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 $1Qcz,4B|  
     Pos(`ys;  
      bKt4  
    假设光栅参数： gX]ewbPDQ  
    •光栅周期：250 nm +vIsYg*#2M  
    •光栅高度：660 nm w>wzV=R  
    •填充系数：0.75（底部） 9`td_qh  
    •侧壁角度：±6° u;9a/RI  
    •n1：1.46 (*Z:ByA  
    •n2：2.08 'x<o{Hi"\B  
     s)G?5Gz  
    光栅＃1结果 a= (vS  
    +-NH 4vUg  
    uxlrJ1~M  
    •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。 ldt]=Sqy  
    •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。 <UwYI_OX  
    •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。     dWP<,Z>  
    (,D:6(R7t  
    zy`T! $  
    qIwsK\^p  
    光栅＃2 ;)q"X>FMZe  
    rgF4 W8  
     4{ [d '-H5  
     =wlPm5  
    9qvl9,*g  
    •同样，只考虑此光栅。 ;KgDVq5  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 .Bojb~zt  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ;tC$O~X  
    假设光栅参数： ` <u2 N  
    •光栅周期：250 nm %Ix2NdC  
    •光栅高度：490 nm |t~*!0>3  
    •填充因子：0.5 06e dVIRr  
    •n1：1.46 RZ|M;c  
    •n2：2.08     y@rg_Paq  
    >qZl s'  
    光栅＃2结果 B Q2N_*v  
     XTRF IY  
    4UHviuOo8  
    •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。 z"-oD*ICw  
    •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。 g3f; JB   
    •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~{60{  
    ]f>0P3O5&  
     -vv_6Z L[  
    文件信息 beB3*o  
    _& r19pY  
     w?P ex]i{  
    C;~LY&=  
     g3 Oro}wt6  
    QQ：2987619807 4v` G/w  
     
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