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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 EgCp:L{  
    d+1L5}Jn  
    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。 6Lav.x\W  
    n,1NJKX  
    U_.n=d~B  
    概述 5J?bE?X  
    8rnb  
    ysQEJm^|-u  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。   zd.1  
    •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。 ]5aux >.n  
    •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。 Y+}OClS  
    5Q2TT $P  
     \E>%W  
    q^Q|.&_k /  
    衍射级次的效率和偏振     bEEJVF0  
    &8IWDx.7}  
    m3h2/}%9`  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 ".Tf< F  
    •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。 uQXs>JuD  
    •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）。 c4FOfH|  
    •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;"ub^AH  
    •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。 W ??;4  
     k4]R]=Fh.  
    @#G6z`,  
    光栅结构参数 9Ba|J"?Y k  
    xP<H,og&x=  
    HCfS)`  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 p P_wBX  
    •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。 Y)@oo=oG  
    •因此，选择以下光栅参数： 2_B;  
    - 光栅周期：250 nm CfazD??x  
    - 填充系数：0.5 bw<~R2[  
    - 光栅高度：200 nm q(w1VcLZ  
    - 材料n1：熔融石英 )x9nED{  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） Y2ah zB  
     b{9HooQ{  
    {H~8'K-  
    :BC<+T=  
    偏振状态分析 /cn/[O9  
    -wG[>Y  
    .q~,.yI&j  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 Yg]FF`{p=  
    •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。 ; HR\R  
    •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。 s%0[DO3NV  
    $u0+29T2O  
     y.TdWnXx  
    tZ*f~yW  
    产生的极化状态 \?p9qR;"4  
    T3B |r<>I  
     z}Mb4{d1  
    E Ni%ge'":  
     e!L sc3@  
    其他例子 PN)TX~}  
    xu\/]f)  
    ,vHX>)M|  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 A~ %g"  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 3n=O8Fp  
     Hme@9(zD.  
    &p(*i@Ms  
    F#3$p$;B$  
    光栅结构参数 !:!@dC%8_  
    F".IB^} $  
    6A{s%v H  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 jv?aB   
    •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。 N5I W@?4  
    •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。 3GuMiht5  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 S+bWD7  
     p-i]l.mT5  
    P^d . ,  
    光栅＃1 d}6AHS[  
    QKuc21  
     C[/U y  
    /:c,v-  
    ^FpiQF  
    •仅考虑此光栅。  q;He:vX  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 ;7hX0AK  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 IWbp^l+!t  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 {)dEO0 p  
     @"#gO:|[i0  
    e"&9G}.f  
    假设光栅参数： 3=eGS  
    •光栅周期：250 nm GE|^ryh  
    •光栅高度：660 nm 2>_LX!kyP]  
    •填充系数：0.75（底部）  ~d<`L[  
    •侧壁角度：±6° xhoLQD  
    •n1：1.46 4mg 7f^[+  
    •n2：2.08 =;-ju@d  
     A`ertSlbhe  
    光栅＃1结果 [3 ;Y:&D  
    '\vmfp =  
    OuJ y$e  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 ObHz+qRG  
    •相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 _ZE$\5>-  
    •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。     $hY]EB  
    eNk!pI7g  
    CIs1*:Q9  
    l8 2uK"M  
    光栅＃2 o\V4qekk  
    a(t<eN>b!  
     sMpC4E  
     d'@H@  
    [T?6~^m=  
    •同样，只考虑此光栅。 )-Sl/ G  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 EO!cv,[a  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 FYE9&{]h  
    假设光栅参数： b}{9 :n/SC  
    •光栅周期：250 nm sT T455h)  
    •光栅高度：490 nm n[p9$W`  
    •填充因子：0.5 2|H'j~  
    •n1：1.46 lNp:2P  
    •n2：2.08     |Btx&'m  
    K#pt8Q  
    光栅＃2结果 B qiq  
      C(Gb  
    )k<~}wvQ0  
    •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。 0JWD] "  
    •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。 MicVNs  
    •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。 MM)/B>cQt  
    q9Opa2  
     tf}Q%)`f  
    文件信息 @T=HcUP)  
    t;PnjCD<`  
     4]Nr$FY  
    zpQ/E  
     MvwJ(3  
    QQ：2987619807 S{|)9EKw  
     
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