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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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    离线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-05-25
    摘要 3U!\5Nsby  
    }:5AB93(  
    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。 lUJ/ nG0l  
    /8VM.fr$  
    z)='MKrEt-  
    概述 ^z-e"  
    s/ibj@h  
    <]r.wn=}M  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 >?ZH[A  
    •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。 6] <~0{  
    •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。 =toqEm~  
    )@DH&  
     )2C_6eR  
    q g?q|W  
    衍射级次的效率和偏振     TL ;2,@H`  
    X3NHQMI   
    g 7res  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 rhO ]4A  
    •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。 $?YRy_SI  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 w4H3($ K  
    •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。 L1D{LzlBti  
    •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。 -9Wx;u4]o  
     rR@ t5  
    "Sz pFw  
    光栅结构参数 8zS't2 u  
    Yv\.QrxPm  
    h?jy'>T?b2  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 WX&Man!f  
    •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。 3P-qLbJ  
    •因此，选择以下光栅参数： !2s< v  
    - 光栅周期：250 nm =/&ob%J)9]  
    - 填充系数：0.5 J?&lpsB3_l  
    - 光栅高度：200 nm Y0:y72mK  
    - 材料n1：熔融石英 4h\MSTF*  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） oqH811  
     F2WUG  
    PdcF  
    qRT1Wre 3  
    偏振状态分析 !Sx }~XB<  
    H)(@A W+-  
    *Nloa/a&9  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 NWd%Za5K;  
    •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。 S/Pffal  
    •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。 P*_!^2  
    e;\g[^U  
     -&I%=0q  
    p(in.Xz  
    产生的极化状态 {|= 8wB  
    Wly-z$\  
     XP~bmh,T,  
    6"U&i9  
     TkXD#%nFY  
    其他例子 L\|p8jJ  
    5<\&7P3y  
    7Gd)=Q{uur  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 "v@$CR9<T  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 dIgaw;Ch]  
     +O>!x#)&"  
    o<ak&LX`9  
    < ek_n;R  
    光栅结构参数 6AV@O  
    vY0C(jK  
    ]`)50\pdw  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 ^Lr)STh  
    •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。 (dn(:<_$  
    •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。 K-(k6<h  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 W8+Daw1Nr  
     =$;i  
    W}p>jP}  
    光栅＃1 `p1szZD&  
    :bFCnV`Q  
     3on]#/"1b  
    ieXhOA  
    ]4wyuP,up  
    •仅考虑此光栅。 &^$dHr6v  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 a]XQM$T$  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 tn!z^W  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 N)|mA)S)  
      w=5D>]  
    ]ZKmf}A)1P  
    假设光栅参数： rZ5vey  
    •光栅周期：250 nm o5?f]Uq5 ,  
    •光栅高度：660 nm }la\?I  
    •填充系数：0.75（底部） Lsa&A+fru  
    •侧壁角度：±6° #ky]@vyO  
    •n1：1.46 vHSX3\(  
    •n2：2.08 Nr)v!z~y   
     mpfc2>6Il.  
    光栅＃1结果 C%#=@HC  
    t"Ok-!c|  
    ^*(*tS|M  
    •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。 ep`WYR|B  
    •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。 cr Hd$~q,  
    •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。     dx}) 1%  
    #T:#!MKa  
    % B+W#Q`  
    epM;u  
    光栅＃2 {`5Sh1b  
    U5Say3r  
     zvv<w@rX  
     .w=( G  
    6vp\~J  
    •同样，只考虑此光栅。 ^_W+  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 K s 8  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 6)63Yp(  
    假设光栅参数： >PdYQDyVS  
    •光栅周期：250 nm z%-Yz- G9  
    •光栅高度：490 nm P__JN\{9  
    •填充因子：0.5 QCB2&lN\&L  
    •n1：1.46 L1=+x^WQ  
    •n2：2.08     xL8r'gV@  
    2z9\p%MX  
    光栅＃2结果 |hBX"  
     ~/Gx~P]  
    /RD@ [ 8  
    •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。 {(;dHF%{  
    •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。 lnuf_;0  
    •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。 $D{ KXkrd  
    1OB,UU"S$  
     G"w ?{W @  
    文件信息 +oa\'.~?  
     1@Abs  
     gz fs9e  
    S+(TRIjk  
     tPu0r],`o  
    QQ：2987619807 :pj 00  
     
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