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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 .?45:Ey~g  
    %+~\I\)1  
    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。 B->AY.&j  
    jKq*@o~}  
    e$~[\ w  
    概述 )=5 &Q  
    tJ^p}yxO  
    QF>T)1&J[7  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 nJ;^Sz17Q  
    •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。 |n 26[=\B  
    •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。 $r!CQ 2S  
    IbI0".o  
     '`2KLO>!  
    E#J})cPzw  
    衍射级次的效率和偏振     7X>IS#W]  
    bT ,_=7F  
    p [Po*c.b  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 yD3}USw  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 ~XOmxz0  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 1wR[nBg*|  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 P6v ANL-B  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 QC+ Z6WS;  
     EOB8|:*  
    zy,SL |6:  
    光栅结构参数 a}UmD HS-  
    RIMSXue*Ha  
    ,\M77V  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 PJ5}c!o[  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。  (Q8!5s  
    •因此，选择以下光栅参数： ;%e)t[5  
    - 光栅周期：250 nm hE&6;3">  
    - 填充系数：0.5 1iF=~@Nz_  
    - 光栅高度：200 nm '7?Y+R@|L  
    - 材料n1：熔融石英 DB|1Sqjsn  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） :H]d1  
     (ghI$oH  
    nj s:  
    ?EFRf~7JP  
    偏振状态分析 h.EI(Ev"GN  
    qZd*'ki<  
    =z'(FP5!0  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 k6b ct@7  
    •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。 |3]/C rR_  
    •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。 F vkyp"W3  
    jqaX|)8|$  
     Pe@# 6N`  
    b?}mQ!  
    产生的极化状态 $?56 i4  
    e0P[,e*0  
     D{+@ ,C7B  
    pCE GZV,d@  
     l2Sar1~1  
    其他例子 '-v:"%s|  
    oP,*H6)i  
    ,`HweIq(  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 KqG b+N-@  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 h*fN]k6  
     T~E;@weR  
    (  cs  
    @vl$[Z|  
    光栅结构参数 ^77W#{Zs  
    DsMo_m/"1  
    [BE_^d5&  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 2_wue49-l  
    •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。 F*KQhH7Gf  
    •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。 DzpWU8j  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 _pTcSp 3  
     :Qge1/  
    )gdeFA V  
    光栅＃1 uY5|Nmiu  
    bN_e~z  
     #Pg#\v|7#>  
    % G= cKM  
    6\7c:  
    •仅考虑此光栅。 #|sE]\bsH  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 !{-W%=Kf  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ZO%^r%~s  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 1K9.3n   
     zQ=b|p]|W  
    oLoc jj~T  
    假设光栅参数： <MS>7Fd2  
    •光栅周期：250 nm ?,$:~O* w  
    •光栅高度：660 nm ;KQU% k$  
    •填充系数：0.75（底部） )Eozo4~  
    •侧壁角度：±6° q9vND[BQ  
    •n1：1.46 !gkr?yhE  
    •n2：2.08 }eLApFHEDg  
     x:)H Ii q/  
    光栅＃1结果  qra XAQ  
    'UX^]  
    B!+c74  
    •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。  R[m-jUL  
    •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。 ? $/::uo  
    •与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。     7rdmj[vu  
    %NkiYiA  
    N*A*\B%{x'  
    2 ,nhs,FZ  
    光栅＃2 Y!M0JSaM  
    gfggL&t(  
     8|Tqk,/pD  
     Osqk#Oh  
    25OQY.>bE  
    •同样，只考虑此光栅。 ,WE2.MWR  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 fn<dr(Dx  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 "_UnN}Uk  
    假设光栅参数： }uDpf0;^  
    •光栅周期：250 nm iFUiw&  
    •光栅高度：490 nm j& 7>ph  
    •填充因子：0.5 ~3s ?.[}d  
    •n1：1.46 sK%b16#  
    •n2：2.08     Vs"b  
    HB )+.e  
    光栅＃2结果 \IQG%L{  
     h!wq&Vi4  
    _`SD G5  
    •同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 ]2-Qj)mZ]  
    •相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 sNx_9pJs4  
    •与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 % i?  
    a?W5~?\9  
     ,9y6:W%5  
    文件信息 ZW;Ec+n_K  
    QP(d77 n  
     h>V6}(~;.  
    4]1/{</B|  
     yM 7{v$X0  
    QQ：2987619807 ll5;09  
     
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