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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 QC,(rB  
    \RyA}P5 S  
    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。 [ {LnE:  
    n3j h\  
    % ul{nL:  
    概述 K/ m)f#  
    WVK-dBU  
    g@VndAp  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 0(9@GIT  
    •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。 UDtbfc7bk  
    •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。 Al=? j#J6p  
    ?QT"sj64w  
     /Py>HzRE:  
    y]f^`2L!8>  
    衍射级次的效率和偏振     1y-lZ}s_  
    G5y  
    @Qjl`SL%O^  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 e - ]c  
    •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。 1$D`Z/N"A  
    •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）。 6cT~irP  
    •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。 ]N <]  
    •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。 \(U"_NPp  
     f"<@6Axq  
    39aCwhh7v  
    光栅结构参数 JBEgiQ/  
    Y\Qxdq  
    bZay/ Zkj  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。  QXxLe*  
    •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。 I<(.i!-x  
    •因此，选择以下光栅参数： G1;'nwf}  
    - 光栅周期：250 nm f,HzrHax  
    - 填充系数：0.5 #+Yp^6zg  
    - 光栅高度：200 nm "i{_<;p O  
    - 材料n1：熔融石英 :&0yf;>v  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） `KJYm|@i  
     -wRyMY_ D  
    y.*=Ww+  
    %6IlE.*,  
    偏振状态分析 ,*nZf|  
    "^ 6lvZP(  
    DR yESi  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 XL7;^AE^Wl  
    •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。 Ns!3- Y  
    •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。 }L$Xb2^l  
    _{c|o{2sj  
     0gOrW=  
    Ng'ZAG;O  
    产生的极化状态 [cQ<dVaTX  
    i+X2M-[Ls  
     29iIG 'N  
    YD='M.n\  
     Y=:KM~2hv  
    其他例子 TI[UX16Tz1  
    # NN"(I  
    j.;  
    •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。 2l)9Lz=;L  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 $vTAF-~Ql  
     \>Ga-gv6/  
    )zW%\s*'  
    qF{DArc  
    光栅结构参数 ,jbGM&.C  
    Q$fRi[/L  
    .@i0U  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 t8DL9RW'  
    •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。 CP]S-o}yd  
    •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。 xI@$aTGq  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 p2Dh3)&  
     rQcRjh+E H  
    ws>WA{]gq  
    光栅＃1 9|N" @0<B  
    fou_/Nrue  
     ]>)u+|  
    f2O*8^^Y{Q  
    Y^f94s:2S  
    •仅考虑此光栅。 ePq13!FC/  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 QE 45!Z g  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 7b&JX'`Mb  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 =% q?Cr  
     la\zaKC;>  
    %@lV-(5q  
    假设光栅参数： Nm6Z|0S  
    •光栅周期：250 nm &Y54QE".  
    •光栅高度：660 nm ]6t]m2~\  
    •填充系数：0.75（底部） Uvjdx(fY[a  
    •侧壁角度：±6° %RQC9!  
    •n1：1.46 K\{b!Cfr^  
    •n2：2.08 \7Gg2;TA6o  
     ]#Vo}CVP  
    光栅＃1结果 eg"=H50  
    R^J.?>0  
    TL},Unq  
    •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。 RzA2*]%a  
    •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。 4M @ oj  
    •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。     $!YKZ0)B'0  
    -{X<*P4p  
    kmm  
    . i{>Z  
    光栅＃2 0U82f1ei  
    DtzA$|Q}  
     p?+lAbe6H  
     =n@F$/h  
    R K"&l!o  
    •同样，只考虑此光栅。 $%7I:  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 dB@Wn!Y  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Qq#Ff\|4u(  
    假设光栅参数： q} ]'Q -  
    •光栅周期：250 nm EY+/.=$x  
    •光栅高度：490 nm Ts|--,  
    •填充因子：0.5 t)-*.qZh  
    •n1：1.46 WnD^F>  
    •n2：2.08     eeuZUf+~]  
    +>JdYV<?0  
    光栅＃2结果 P^ptsZ%  
     Z?m -&%  
    -O'{:s~  
    •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。 wgCvD  
    •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。 e8$l0gzaD  
    •与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 H@V 7!d  
    r& vFikIz  
     gRBSt M&hU  
    文件信息 bf& }8I$  
    &!ED# gs  
     _|N}4a  
    'eD J@4Xm  
     *yJ[zXXjJ  
    QQ：2987619807 /\ytr%7,'  
     
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