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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 Cy2X>Tl"<E  
    I7Eg$J&  
    光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 N4}h_mh^'  
    >l7 o/*4  
    &#)3v8  
    概述 -0Q!:5EC  
    |0bSxPXn!  
    ]O\6.>H  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 +0a',`yc  
    •为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 xFvSQ`sp  
    •为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 =kCpCpET  
    mee-Qq:}  
     n/ 8fv~zU  
    [+%*s3`c#  
    衍射级次的效率和偏振     9wwvh'T&NK  
    Y{S/A*X  
    &=UzF  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 md2kZ.5u  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 A} "*`y  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。  K A<  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 :L?zk"0C  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 un/R7 "  
     Zsuh8t   
    j IW:O  
    光栅结构参数 XNl!(2x'pb  
    jBQQ?cA  
    T S.lFg:K  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 :I7MP   
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 61KJ( rSX3  
    •因此，选择以下光栅参数： ] x Kmz  
    - 光栅周期：250 nm I2Us!W>6-  
    - 填充系数：0.5 1,mf]7k$  
    - 光栅高度：200 nm OGVhb>LO1  
    - 材料n1：熔融石英 W%wS+3Q/  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） X >**M  
      z/ i3  
    2<O hO ^  
    '2vlfQ@8a~  
    偏振状态分析 vB,N6~r>  
    COT;KC6 n  
    ewLr+8  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 Ry(!< 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。 bw[!f4~  
    •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。 1TVTP2&Rd  
    QO,y/@Ph  
     );6zV_^!  
    vKW%l  
    产生的极化状态 jv7zvp  
    g5"g,SFGr  
     B;@yOm=  
    %iGME%oXr  
     olJ9Kfc0  
    其他例子 ^\CQWgY(  
    (I+-wki"e  
    LY|h*a6Ym  
    •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。 x}roPhZ  
    •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$  
     eGE,zkj FY  
    /yOd]N;$  
    Wm A:"!~M  
    光栅结构参数 z#\Z|OKU  
    fT@#S}t  
    7!%cKZCY  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 vS X 6~m  
    •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。 z XvWo6  
    •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。 h{! @^Q  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 h!Ka\By8#  
     s9Xeh"  
    "[8](3\v  
    光栅＃1 %'>. R  
    ?;*mSQA`J  
     55;xAsG  
    $v^F>*I1  
    ,4\vi|  
    •仅考虑此光栅。 |%tR#!&[:g  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 v-l):TL+=  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Y,8M[UIK  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 F|PYDC  
     FCI T+ 8K  
    >GjaA1,  
    假设光栅参数： 9+/<[w7  
    •光栅周期：250 nm N( /PJJ~  
    •光栅高度：660 nm 1|gEY;Ru  
    •填充系数：0.75（底部） fEpY3od  
    •侧壁角度：±6° T.{I~_  
    •n1：1.46 A$oYw(m#  
    •n2：2.08 N\vc<Zpn  
     "NJ!A  
    光栅＃1结果 GJW1|Fk  
    YZoudX'"  
    9 ROKueP  
    •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。 0]WM:6 h  
    •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。 9<Bf5d   
    •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。     weu'<C   
    0zEn`rq&  
    n3)g{K^  
    w,l1&=d  
    光栅＃2 9M7{.XR,  
    $EtZ5?qS  
     h)YqC$A-s  
     !g}9xIL  
    0h; -Yg  
    •同样，只考虑此光栅。 7?A}q mv  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 ./6L&?*`~;  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 / '7WL[<  
    假设光栅参数： :H?p^d e  
    •光栅周期：250 nm ~gV|_G  
    •光栅高度：490 nm YZoH{p9f  
    •填充因子：0.5 }R J2\CP  
    •n1：1.46 ypml22)kz  
    •n2：2.08     ^&,{  
    KDY~9?}TM  
    光栅＃2结果 7?kvrIuY&  
      @P~ u k  
    9(H8MUF0{  
    •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。 %;zA_Wg  
    •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。 R{*p \;  
    •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。 ]`|bf2*eA  
    '[A>eC++  
     ."h;H^5  
    文件信息 nGP>M#F  
    \F<]l6E  
     #4|?;C)u\  
    2x`# f0[  
     V^f'4*~'  
    QQ：2987619807 H%/$Rqg  
     
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