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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 ;0ake%v]  
    SV-pS>#  
    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。 :c c#e&BO  
    b8>r UGA{  
    s$mcIMqs  
    概述 \vKMNk;kz  
    C]{43  
    ,*Sj7qb#  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 T'FRnC^~  
    •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。 yY8q{\G  
    •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。  E{h   
    z~Gi/Ln  
     a:1-n %&F  
    R\)pW9)  
    衍射级次的效率和偏振     ]>&au8  
    ij/ |~-!  
    F $B _;G  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 c}lUP(Ss  
    •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。 vWwp'q  
    •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）。 $:SHZe  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 1)H+iN|im/  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 =ejkE; %L  
     `}"*i_0-5'  
    <!R~G-D#_T  
    光栅结构参数 _r&`[@m  
    M~=9ym  
    G|v{[>tr  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 7@5}WNr  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 d XrLeoK  
    •因此，选择以下光栅参数： e%SQ~n=H 9  
    - 光栅周期：250 nm eNpGa0 eG  
    - 填充系数：0.5 Ac|IBXGa=  
    - 光栅高度：200 nm eVn]/.d  
    - 材料n1：熔融石英 K'Wg_ihA  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） `q".P]wtKN  
     g&) XaF[!  
    _|`S9Nms  
    ;5?$q  
    偏振状态分析 +.:- :  
    .sgP3Ah  
    RdRF~~R%  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 L slI!.(  
    •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。 Wyd,7]'z)Z  
    •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。 FY@ErA7~  
    3a_~18W  
     ~sx?aiO  
    GMyzQ]@}  
    产生的极化状态 9s7sn*aB#5  
    7X*$Fu<  
     fczId"   
    ~*@ UQ9*p#  
     |9Q4VY'";  
    其他例子 ,C1}gPQ6<  
    R<I)}<g(A3  
    %7 7v'Pz1  
    •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。 &A)AV<=>T  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 8GgZAu'X  
     h(l4\)  
    "AMbU6 8  
    pX `BDYg.  
    光栅结构参数 SvLI%>B=9  
    Btp 9v<"  
    Nr8#/H2f  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 SfLZVB  
    •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。 T{<riJ`O  
    •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。 ZF^$?;'3  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 Q'>pOtJG*J  
     LVP2jTz  
    uxLT*,  
    光栅＃1 *")Req  
    gqJSz}'  
     ^YiGvZJ  
    K[r<-6TS  
    P'MfuTtT&  
    •仅考虑此光栅。 0N>NX?r  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 H3CG'?{ _  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ;+jz=9Q-  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 9K,PT.c  
     /enlkZx=8  
    BQTZt'p  
    假设光栅参数： 3Z/_}5%"  
    •光栅周期：250 nm RC?gozBFJ  
    •光栅高度：660 nm :+#$=4  
    •填充系数：0.75（底部） "%]<Co<S  
    •侧壁角度：±6° v,]-;V~<  
    •n1：1.46 AH-B/c5  
    •n2：2.08 In13crr4!  
     y``[CBj  
    光栅＃1结果 U1nObA  
    c[VVCN8dA  
    0+S ;0  
    •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。 6)=`&>9  
    •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]1hoYuV  
    •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。     BPO)<bx_  
    V9`?s0nn^  
    [~_)]"pU  
    BV;dV6`z  
    光栅＃2 Z:eB9R#2y  
    'aV])(Wm>  
     gI~B _0x  
     ^Mvgm3hg  
    @~7y\G  
    •同样，只考虑此光栅。 y[`>,?ns5  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 , L_u X  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 {:;6 *W  
    假设光栅参数： !#&`1cYX  
    •光栅周期：250 nm ^5E:hW [*  
    •光栅高度：490 nm ~dXiyU,y2  
    •填充因子：0.5 (}B3df  
    •n1：1.46 [/=Z2mt A  
    •n2：2.08     C*X=nezq  
    L0\~ K~q  
    光栅＃2结果 i8w/a  
     UpTVLx^c  
    5nV IC3N+1  
    •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。 NJ^Bv`  
    •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。 CKE):kHu  
    •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。 :MaP58dhh  
    w`YN#G  
     G22{',#r8  
    文件信息 PQj'D <G  
    l4bL N  
     t1`.M$  
    ;{lb_du2:  
     @ / .w%  
    QQ：2987619807 pJdR`A-k|  
     
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