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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 XI>|"*-l  
    G|WO  
    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。 86.LkwlqoH  
    f{]eb1  
    q '6gj  
    概述 N;)Y+amg^  
    _3G;-iNX;  
    "Zu hN(-`  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 >o\s'i[  
    •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。 %FN3/iM  
    •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。 J|ni'Hb  
    t")+ L{  
     @ P[o  
    ,(%?j]_P2  
    衍射级次的效率和偏振     OI=LuWGQE1  
    [P'crV,m  
    |sa{!tKJ  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 q?Jd.r5*  
    •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。 ~S5wfx&  
    •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）。 o_!=-AWV  
    •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。 CA0SH{PdW&  
    •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。 c^N'g!on  
     _;8aiZt|u  
    _.Ey_K_1  
    光栅结构参数 dr25;L? B  
    @@!Mt~\  
    ,34|_  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 *6Ojv- G|5  
    •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。 [# X:!xcl  
    •因此，选择以下光栅参数： Y} '8`.  
    - 光栅周期：250 nm 994   
    - 填充系数：0.5 Mn<G9KR  
    - 光栅高度：200 nm m\3r<*q6  
    - 材料n1：熔融石英 {I/|7b>@r  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） 4v@urW s  
     8{mQmG4  
    yMdAe>@  
    F4!,8)}  
    偏振状态分析 @B<B#  
    6$]p;}#  
    [dszz7/L  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 (r&e|  
    •如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 ?DN4j!/$  
    •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。 P)7_RE*gY  
    GCw <jHw  
     "E? 8. `T  
    IEi E6z]L(  
    产生的极化状态 ?q}XD c  
    %]>LnbM>4  
     c*O{?b  
    >JN K06T  
     oD5VE  
    其他例子 s_(%1/{  
    /+FZDRf!r  
    ^bVY&iXNu  
    •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。 d+9T}? 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。 =:fFu,+{  
     a59l"b  
    njz:7]>e  
    +y+-~;5iv  
    光栅结构参数 ,n')3r   
    In-W,   
    N9W\>hKaeh  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 |( %3 '"Z  
    •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。 5W0'r'{  
    •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。 ?V6+o`bm  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 myp}DI(  
     !P Cw-&  
    J- %YmUc)  
    光栅＃1 yIS.'mK  
    l:!4^>SC  
     $,vZX u|Qw  
    8[\(*E}d!X  
    a'/yN{?p  
    •仅考虑此光栅。 #}^ kMD >  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 ~=t, g S  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 G$ l>By  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 V24i8Qx  
     L{>XT  
    u9AXiv+K  
    假设光栅参数： Zi+>#kDV  
    •光栅周期：250 nm jni }om  
    •光栅高度：660 nm u8Ul +u  
    •填充系数：0.75（底部） Fm\ h883\  
    •侧壁角度：±6° RvL-SI%E  
    •n1：1.46 %ZV a{Nc  
    •n2：2.08 1goK>=-^  
     'ADaz75`*r  
    光栅＃1结果 Qp{rAAC:  
    []K5l%  
    /rd6p{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。 &i`\`6 q  
    •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。 buGYHZu  
    •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。     _ ?f~UvK  
    \ H#zRSbZ  
    MKd{ y~'  
    a#X[V5|6Q  
    光栅＃2 Pnb?NVP!^9  
    f-5vE9G3y7  
     IX eb6j8  
     NpRT\cx3  
    [YT"UVI  
    •同样，只考虑此光栅。 F+vgkqs@9  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 @].Ko[P~  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 tzv&E0 |d  
    假设光栅参数： uS3 s  
    •光栅周期：250 nm 2Y&QJon)  
    •光栅高度：490 nm A7.$soI\  
    •填充因子：0.5 imdfin?=   
    •n1：1.46 ^s25z=^t  
    •n2：2.08     ZHxdrX)  
    g/+P]c6/  
    光栅＃2结果 #vJDb |z  
     q#Y%Y  
    {z?e<  
    •同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 -#v1b>ScY  
    •相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 }q-_|(b;  
    •与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 1F'j .1  
    be`\ O  
     ]|[,N>  
    文件信息 }E$^!q{  
    ![os5H.b#q  
     :)+|q  
    C7&4,],  
     sfez0Uqe.~  
    QQ：2987619807 $b;9oST  
     
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