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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: 2021-05-06
    摘要 "qb3\0O  
    +GWeu0b(~  
    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。 ;KmSz 1A  
    pd,5.d  
    :?{ **&=  
    概述 L&lNpMT  
    5>7ECe*  
    O~B iqm  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 \{n]&IjA  
    •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。 L '342(  
    •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。 r}9qK%C G.  
    A%u-6"  
     qU#Gz7/  
    $CO^dFf  
    衍射级次的效率和偏振     KLs%{'[7:  
    {y'c*NS  
    cp2e,%o  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 CJ&0<Z}{m  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 Q5iuK#/  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 rU5gQq;  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 B[Uvj~g  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 w@ 4q D  
     ^l ~i>:V  
    .-[UHO05^8  
    光栅结构参数 dV8mI,h  
    1Af~6jz  
    j"/i+r{"E  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 sW#6B+5_k  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 '>Y"s|  
    •因此，选择以下光栅参数： ^!1mChf  
    - 光栅周期：250 nm AU$W=Z*  
    - 填充系数：0.5 I1 j-Q8  
    - 光栅高度：200 nm #Z}\;a{vZ  
    - 材料n1：熔融石英 s*:J=+D]G  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） x9~d_>'A  
     v-X1if1%  
    Ip( IGR"  
    2Q)"~3  
    偏振状态分析 v'S}&zmF]  
    t*82^KDU  
    LqPn$rZ|$  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 !Z,h5u\.w  
    •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。 ' V;cA$ $  
    •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。 fC2e}WR   
    ^:\|6`{n  
     l[l('-f  
    "Nn/vid;  
    产生的极化状态 D(s[=$zua  
    [(5;jUmF@  
     'd^U!l  
    6?Rm>+2>v  
     (+38z)f  
    其他例子 y1(smZU  
    Xp{+){Iu  
    b"t!nfgo  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 j{IAZs#@>  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 hJ>{`Tw  
     ngcXS2S_  
    _LFZ0  
    /fWVgyW> 6  
    光栅结构参数 nfq  
    c</d1xT  
    pV(b>O  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 ]YQlCx`  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 A jr]&H4  
    •由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 DT8|2"H  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 `B"=\0  
     k+{ -iPm{  
    Z TWbe  
    光栅＃1 n@mWB UM  
    @3K)VjY7  
     bBc<yaN  
    p}hOkx4R\  
    KTD# a1W  
    •仅考虑此光栅。 M])Y|}wv8  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 ec[S?-  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 r+217fS>  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 En&ESW N  
     GN /]^{D  
    ji="vs=y  
    假设光栅参数： r;t0+aLc*  
    •光栅周期：250 nm L@2T  
    •光栅高度：660 nm N Q_H-D\,  
    •填充系数：0.75（底部） 6n]fr9f  
    •侧壁角度：±6° ( YF`#v6  
    •n1：1.46 F``$}]9KHD  
    •n2：2.08 ~z$vF  
     1D&Q{?RM  
    光栅＃1结果 %kS+n_*  
    AqZ{x9g!  
    ;"hED:z6%  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 ^I@1y}xi  
    •相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 D'F =v\P  
    •与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。     B\wH`5/KW  
    hW$B;  
    3xWeN#T0  
    fHCLsI  
    光栅＃2 Q>] iRx>MZ  
    \Y_2Z /  
     N W :_)1  
     ,di'279|  
    dFFJw[$8w  
    •同样，只考虑此光栅。 qvy~b  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 !Low%rP  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 cJd~UQ<k  
    假设光栅参数： \/g.`Pe  
    •光栅周期：250 nm &u( eu'Q3  
    •光栅高度：490 nm IqJ7'X  
    •填充因子：0.5 laG@SV  
    •n1：1.46 BoE;,s>]NW  
    •n2：2.08     6e3s |  
    o7)<pfif  
    光栅＃2结果 Gkv<)}G  
     1O>wXq7q  
    G.OAzA13!t  
    •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。 1Y:lFGoe  
    •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。 fhw.A5Ck  
    •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。 fNNkc[YTZI  
    O}I8P")m  
     hqIYo .<  
    文件信息 !'o5X]s  
    Kq e,p{=  
     OvqCuX  
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     REUWK#>  
    QQ：2987619807 ifTMoC%  
     
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