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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 正序阅读 楼主  发表于: 2021-05-06
    摘要 -Wn.@bz6B  
    `eWc p^|  
    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。 lp}WBd+  
    u#M)i30j  
    U>+~.|'V9  
    概述 Crhi+D  
    y9L#@   
    f>5RAg  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 $ tNhwF  
    •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。 $vLV< y07  
    •为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 v|I5Gz$qpa  
    |{PJT#W%  
     CdDd+h8  
    _0*>I1F~  
    衍射级次的效率和偏振     YU=ZZEVi  
    `,Nn4  
    M#cr*%  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 6lWFxbh  
    •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。 lZM3Q58?\  
    •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）。 Hm VTfH'  
    •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。 ]kkBgjQbS  
    •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。 2]3HX3  
     n+qVT4o  
    _qeuVi=A  
    光栅结构参数 6eT'[Umx  
    0['"m^l0S  
    FMd LkyK;  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 3Y{)(%I  
    •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。 )SX6)__  
    •因此，选择以下光栅参数： K`,d$  
    - 光栅周期：250 nm kr(<Y|  
    - 填充系数：0.5 OJsd[l3xR  
    - 光栅高度：200 nm PGPbpl&\t  
    - 材料n1：熔融石英 `f+8WPJPZ  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） n<:d%&^n  
     =/g$bZ  
    Yc82vSG'  
    z g7l>9Sc  
    偏振状态分析 A3$aMCwKd  
    vzcBo%  
    vA;F]epr!  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 +F o$o  
    •如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 QG|GXp_q`  
    •为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 ls24ccOs  
    6 r.H8  
     V 7l{hEo3?  
    6"i{P  
    产生的极化状态 Q*:h/Lhb&  
    eky(;%Sz  
     5eOj, [?  
    qggk:cN1  
     N<06sRg#  
    其他例子 '}Wu3X  
    |[ Ie.&)  
    O<1vSav!K  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 z,bX.*.-  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ,|.8nk"  
     KR=d"t Qw  
    7w Q+giu  
    ojx'g8yO  
    光栅结构参数 5e)6ua,  
    ~`2&'8  
    6~ 7 ; o_>  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 ov`^o25f  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 Ug7`ez4vw  
    •由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 +_X,uvR  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 u  m: 0y,  
     F#1 Kk#t  
    #0bO)m+NZ  
    光栅＃1 m_m8c8{Y  
    zb;(?!Bd#  
     2(m85/Hr\;  
    h `\$sT!Z  
    id;#{O$  
    •仅考虑此光栅。 7uPZuXHxcu  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 a)!![X?\  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 .tRr?*V|l  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 YlswSQ  
     <0u\dU  
    v2hZq-q  
    假设光栅参数： d4Co^A&  
    •光栅周期：250 nm +yf(Rs)!  
    •光栅高度：660 nm H2qf'  
    •填充系数：0.75（底部） ~+O`9&  
    •侧壁角度：±6° ZV'$k\  
    •n1：1.46 /&PKCtm&~  
    •n2：2.08 3CR@' qG-  
     v B h;  
    光栅＃1结果 ;V_.[aX  
    &5\^f?'b7  
    ]} 61vV  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 B7!<{i  
    •相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 b4>``n  
    •与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。     U;xu/xDRi  
    n*4lz^LR  
    }]AT _bh,  
    'X =p7 d|'  
    光栅＃2 M|\^UF2e  
    U1ZIuDg'E  
     JD6aiI!Su  
     x_*%*H  
    >+cSPN'i>  
    •同样，只考虑此光栅。 jY7=mAd  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 B:4Ka]{YO  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 !fY7"E{%%  
    假设光栅参数： %.mEBI=hs  
    •光栅周期：250 nm lnS(&`oh\=  
    •光栅高度：490 nm t\h$&[[l'z  
    •填充因子：0.5 sI_7U^"[  
    •n1：1.46 lT2 4JhJ#  
    •n2：2.08     X1+ wX`f  
    I>PZYh'.T  
    光栅＃2结果 TZ[Zm  
     1y J5l,q  
    xwRhs!`t1  
    •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。 =#qZ3 Qz_  
    •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。 ~q)u(W C|  
    •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。 HPrq1QpK  
    k<a;[_S  
     v??TJ^1  
    文件信息 u*3NS$vH  
    0RUi\X4HI  
     vw2`:]Q+  
    ' +j<n[JLC  
     !/`$AXO  
    QQ：2987619807 7BR8/4gcPu  
     
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