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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: 2021-05-06
    摘要 w \b+OW  
    P8z%*/ 3NF  
    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。 J?8Mo=UZz  
    u9hd%}9Qd?  
    ,UY1.tR(  
    概述 i/9iM\2  
    c;VqEpsbl  
    -#|;qFD]  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 lmeTW0U@9(  
    •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。 }(nT(9|  
    •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。 ..)J6L5l  
    >@2<^&K`  
     &u>dKf)5  
    r:g\  
    衍射级次的效率和偏振     }4|EHhG  
    xe!bfzU  
    d?fS#Ryb  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 :0J`4  
    •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。 '=_(fa,  
    •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）。 h9)S&Sk{s  
    •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。 &:  Q'X  
    •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。 M=^d  
     e(0OZ_w  
    5#DMizv6  
    光栅结构参数 o$No@~%v  
    `8!9Fp  
    2l<2srEK  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 Z`S# > o  
    •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。 wMW<lT=;  
    •因此，选择以下光栅参数： TjUwe@&Rw  
    - 光栅周期：250 nm h&>3;Lj  
    - 填充系数：0.5 ZNQ x;51  
    - 光栅高度：200 nm B>53+GyMV  
    - 材料n1：熔融石英 X8)k'h  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） vX JPvh<  
     Scrj%h%[  
    ~:DL{ZeEb  
    7ch9Pf  
    偏振状态分析 W"NI^OX  
    cC/h7o dY  
    sINQ?4_8T  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 25SWIpgG  
    •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。 IoDT  
    •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。 `_\KN_-%Vu  
    (/]'e}  
     |}=eY?iXo  
    nR_Z rm  
    产生的极化状态 Q-<]'E#\(  
    `2.c=,S{  
     pD<w@2K  
    g|~px$<iY  
     ?bZH Aed  
    其他例子 =5|7S&{  
    2K}49*  
    QEyL/#Q  
    •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。 ~i.*fL_Y  
    •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@E2E  
     $k~TVm Yex  
    eCGr_@1  
    -UhpPw 6  
    光栅结构参数 7+HK_wNi  
    T[\1=h]  
    2) X#&IE  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 x UdF.c  
    •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。 L`1 ITz  
    •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。 2zC4nF)>O  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 iWCYK7c@.-  
     bmG`:_  
    (:l6R9'=  
    光栅＃1 FV^jCseZ  
    }* :3]  
     EX]+e  
    uxfh?gsL  
    D+7xMT8pqH  
    •仅考虑此光栅。 -xtT,^<B  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 \J^#2{d  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ;.}L# '0j  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 &N} "4  
     qb"S   
    7b"fpB  
    假设光栅参数： w#.3na  
    •光栅周期：250 nm u BEw YQB  
    •光栅高度：660 nm CNNqS^ct  
    •填充系数：0.75（底部） MLDzWZ~}ef  
    •侧壁角度：±6° `O\>vn  
    •n1：1.46 jq~`rE h9  
    •n2：2.08 @|Pm%K`1  
     3%POTAw%  
    光栅＃1结果 !5*VBE\  
    dseI~}  
    Wdd}y`lS  
    •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。 :;%Jm  
    •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。 T@W:@,34  
    •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。     )qxt<  
    L.;b( bFe  
     Zmu  
    8Ths"zwn  
    光栅＃2 C*Q7@+&  
    YmljHQP  
     T~UDD3  
     DGFSD Py[  
    D6ZHvY8R  
    •同样，只考虑此光栅。 d@3DsE.{i  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 ?1=.scmgDG  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 y [Vd*8  
    假设光栅参数： h"[B zX  
    •光栅周期：250 nm S m(*<H  
    •光栅高度：490 nm f`qy~M&  
    •填充因子：0.5 WuK<?1meN  
    •n1：1.46 /d&m#%9Up]  
    •n2：2.08     eT%x(P  
    _ZRmD\_t  
    光栅＃2结果 vQ< ~-E  
     >DRxF5b{  
    Fyvo;1a  
    •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。 D`XXR}8V  
    •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。 P>_O :xD  
    •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。 ;+75"=[YT  
    S?v/diK ]J  
     _9BL7W $;  
    文件信息 y [McdlH m  
    SK}jhm"y  
     h2Q'5G  
    A"*=K;u/|m  
     Z}O]pm>=G  
    QQ：2987619807 &N.pW=%,N  
     
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