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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 u'~b<@wHB  
    2;?wN`}5g=  
    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。 VI|DM x   
    p=`x  
    vZ nO  
    概述 uDE91.pUkr  
    L$TKO,T  
    bZOy~F|  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 bF Y)o Z  
    •为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 xZ @O"*{  
    •为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 ,Y\4xg*`  
    6B;_uIq5  
     xwH|ryfs,Z  
    B> " r-O  
    衍射级次的效率和偏振     E-U;8cOMv  
    <C.$Db&9  
    G|G?h  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 U*R~w5W.[  
    •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。 ETWmeMN  
    •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）。 L%s4snE  
    •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。 dT@SO  
    •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。 Zz)oMw  
     lRATrp#T  
    |b'<XQ&l5  
    光栅结构参数 ZhbY, wJ,  
    agxSb^ 8tF  
    NK#"qK""k  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 @8M2'R\  
    •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。 b{|/J<Fe  
    •因此，选择以下光栅参数： }zS&H-8K  
    - 光栅周期：250 nm 'ZZ WH  
    - 填充系数：0.5 q(ET)xCeD  
    - 光栅高度：200 nm :: 72~'tw  
    - 材料n1：熔融石英 >->xhlL*  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） !lN a`  
     WWs[]zr  
    pS@VLXZP  
    y:[VRLo  
    偏振状态分析 +i_f.Ipp  
    L+ETMk0  
    ttq< )4  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 `:BQ&T%UQR  
    •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。 NF)\">Ye  
    •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。 FZ.z'3I  
    }!7DF  
     f!8m  
    pB7Z;&9  
    产生的极化状态 b= ec?n #7  
    )E~\H+FP6  
     U W)&Eky  
    $HCAC 4  
     TNT"2FoBd  
    其他例子 %TTL^@1!b  
    ,<j5i?  
    Q2pboZ86  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 B';> Hk  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 iK:qPrk-  
     x7kg_`\U  
    /?-p^6U  
    hRZS6" #  
    光栅结构参数 kt0{-\ p  
    o-<_X&"a|5  
    0i(?LI_S  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。  p6l@O3  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 gsm^{jB  
    •由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 =RE_Urt:  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 R$&&kmJ  
     [qMO7enu#  
    B5r_+?=2e  
    光栅＃1 ?CZD^>6  
    -R \ @W q@  
     ygY+2  
    q]%bd[zkz  
    j!o3g;j  
    •仅考虑此光栅。 Q|z06_3i  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 N4DDH^h  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 s /q5o@b{  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 &j@J<*k  
     K2 K6  
    GaqG 8% .  
    假设光栅参数： v]SE?xF{U  
    •光栅周期：250 nm Z=[a 8CU  
    •光栅高度：660 nm FY}*Z=D%  
    •填充系数：0.75（底部） i/Lq2n3 )  
    •侧壁角度：±6° T*~)9o  
    •n1：1.46 |ylTy B  
    •n2：2.08 v!hs~DnUZ  
     ]3u'Qv}o  
    光栅＃1结果  `e=n( D  
    et}Y4,:  
    Tv)y }  
    •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。 w$:)wyR-  
    •相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 aDv/kFfn  
    •与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。     xKzFrP;/{  
    )t|Q7$ v1  
    Hf!4(\yN  
    Zw\V}uXI?  
    光栅＃2 W@C tFU9  
    "UnSZ[;t  
     <+,0 G`  
     #LgoKiP!Y  
    $<mL2$.L~  
    •同样，只考虑此光栅。 >:E-^t%  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 0$ac1;7  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 oxXW`C<  
    假设光栅参数： L;7mt 4H  
    •光栅周期：250 nm x i,wL0{  
    •光栅高度：490 nm z9O/MHT[w  
    •填充因子：0.5 ts!aKx  
    •n1：1.46 Z=8CbS).  
    •n2：2.08     0)a?W,+O  
    uCS  
    光栅＃2结果 Q&Ahr  
     &7u Ra1/R  
    yOzKux8kB  
    •同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 &YKzK)@  
    •相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 %,D%Q~  
    •与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 ulo7d1OVkJ  
    31Mc<4zI8  
     6dp_R2zH~o  
    文件信息 !$# 4D&T  
    "0)G|pZI  
     $_5v^QL  
    B4O a7$M/U  
     $0 zL  
    QQ：2987619807 1*b%C"C  
     
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