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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 @1_M's;  
    ^8p=g -U\  
    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。 Y%AVC9(  
    x9UF  
    Opc, {,z6  
    概述 8]U;2H/z  
    s+{)K  
    9VyY [&  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 _tJp@\rOz=  
    •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。 *c<=IcA  
    •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。 :77dl/d%  
    .W[ 9G\  
     ^m ^4LDt  
    $n |)M+d  
    衍射级次的效率和偏振     CmyCne   
    rr/0pa$  
    V^9c:!aI  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 5U[m]W=B  
    •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。 "`l8*]z  
    •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）。 8G&'ED_&  
    •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。 hS<lUG!9UJ  
    •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。 7noxUGmFw  
     ]3B8D<p  
    )$[.XKoT  
    光栅结构参数 >K<n~;ON|  
    hfUN~89;  
    mQ# 0c_  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 x+niY;Z E  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 ~?l>QP|o  
    •因此，选择以下光栅参数： WCf?_\cG  
    - 光栅周期：250 nm [T|_J$ ;  
    - 填充系数：0.5 565UxG }  
    - 光栅高度：200 nm OjVI4@E;Xe  
    - 材料n1：熔融石英 ma__LWKM,  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） PtR8m=O  
     tGq0f"}'J  
    (-'Jf#&X^  
    -?T:> *]p  
    偏振状态分析 }@R*U0*E  
    ^*!Tq&Dst|  
    Rn(6Fk?   
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 kkvG=  
    •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。 [nL{n bli  
    •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。 EZICH&_  
    ?]1_ 2\M  
     s/' ]* n  
    >M~wFs$~  
    产生的极化状态 ?<mxv"  
    )#|I(Gz ^  
     t|/{oAj  
    .(D,CGtYb  
     Cp[{| U-?G  
    其他例子 9Tju+KcK  
    E@uxEF  
    H Pvs~`>V  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 ix.I)  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 6 07"Z\  
     El9D1],  
    wtm=  
    &\w:jI44Bs  
    光栅结构参数 =Fu~ 0Wc  
    )I/K-zj  
    TOH!vQP  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 qKL :#ny  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 1$A7BP  
    •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。 |3ob1/)p0  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 CAs8=N#H%  
     T~&9/%$F  
    oQsls9t  
    光栅＃1 hXF#KVqx  
    qj$6/V|D  
     GxFmw:  
    A9:dHOmT^U  
    f`^\v  
    •仅考虑此光栅。 ?G|*=-8  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 c)5d-3"  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Z+3j>_Ss  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 295U<  
     dE ,NG)MH  
    pb`!_GmB  
    假设光栅参数： f&ZFG>)6  
    •光栅周期：250 nm :4HZ >!i  
    •光栅高度：660 nm ggP#2I\  
    •填充系数：0.75（底部） A7eF.V&  
    •侧壁角度：±6° TmH'_t.*T~  
    •n1：1.46 1I^uq>r  
    •n2：2.08 /kK%}L_D  
     IN{ 1itE  
    光栅＃1结果 @ +iO0?f  
    ..Dr?#Cr  
    rhr(uCp/  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 q-k~L\Ys  
    •相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 Ok/U"N-  
    •与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。     S*0P[R  
    <"}Gvi  
    dI$U{;t  
    >U%:Nfo3  
    光栅＃2 D on8xk  
    +DpiX&^h   
     s\Zp/-Q  
     0Qa kFt  
    vwc)d{ND  
    •同样，只考虑此光栅。 ){_D  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 *  11|P  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 <D1>;C  
    假设光栅参数： Q+r8qnL'  
    •光栅周期：250 nm (*XSr Q  
    •光栅高度：490 nm DqQ+8 w  
    •填充因子：0.5 2)W~7GED  
    •n1：1.46 <* 4'H  
    •n2：2.08     ,'FdUq)i  
    p%?VW  
    光栅＃2结果 }}cS-p  
     uFXu9f+  
    (mvzGXNz4  
    •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。 ~?BN4ptc  
    •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。 F~C9,`#Wf@  
    •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。 Mu~DB:Y9e  
    3WTNWz#h  
     =ghN)[AZV  
    文件信息 lY,dyNFHV  
    # $dk  
     kpQXnDm 2  
    /HiRbwQK#  
     1~|o@CO  
    QQ：2987619807 i_KAD U&mP  
     
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