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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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    在线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 *v}3So  
    B$\,l.h E  
    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。 Qm(KvL5  
    :j<ij]rsI  
    ]%Db%A  
    概述 ,E._A(Z  
    #Wf9`  
    3* v&6/K  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 E!s?amM4  
    •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。 [( O*W  
    •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,i7v*?  
    FD1Z}v!5IJ  
     3}F{a8iIm  
    VoGyjGt&  
    衍射级次的效率和偏振     J ,s9,("  
    r8wip\[  
    I'%\ E,  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 f|r +qe  
    •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。 A8zh27[w%  
    •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）。 e,X {.NS  
    •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。 jE#&u DfI  
    •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。 m"|AD/2;(  
     @p\te7(P%  
    aCZ7G % Y  
    光栅结构参数 Y+ Qm.  
    .1q4Q\B<  
    `,7;2ZG~O  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 .wPu #*  
    •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。 !xRboPg  
    •因此，选择以下光栅参数： jTh^#Q  
    - 光栅周期：250 nm T1_qAz+  
    - 填充系数：0.5 +gh*n,:|  
    - 光栅高度：200 nm b]oPx8*'  
    - 材料n1：熔融石英 xE"QX N  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） ? 3t]9z  
     kKHGcm^r  
    B s{n  
    cg| C S?  
    偏振状态分析 O Bp&64  
    D:I6nSoC  
    1=^edQ+   
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 M!#[(:  
    •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。 -udKGrT+  
    •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。 9`| ^cL*6  
    VM"z6@  
     })TXX7[h  
    iqAME%m  
    产生的极化状态 `U6bI`l  
    g-O}e4  
     QP={b+8  
    [+_0y[~,tB  
     47 |&(,{  
    其他例子 7eP3pg#  
    0'nY  
    H]a@"gO  
    •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。 Uoqt  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 E==vk~cz  
     ](tv`1A,Wd  
    Xt%>XP  
    slRD /  
    光栅结构参数 lE 09Y  
    C0#"U f  
    j{: >"6  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 F =Zc_  
    •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。 ]fb3>HOTJ  
    •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。 @`S8d%6P  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 m@#@7[6]o  
     'H|=]n0  
    uHu(   
    光栅＃1 W%&'EJ)62  
    Au[H!J  
     tI;pdR]  
    uNS ]n}  
    qR>"r"Fq  
    •仅考虑此光栅。 ~L3]Wa.  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 15L0B5(3  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 D@ R>gqb  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 S mjg[  
     $Eh8s(  
    q7-.-k<dQ  
    假设光栅参数：  ET:B"  
    •光栅周期：250 nm mO~A}/je  
    •光栅高度：660 nm 25-5X3(>j=  
    •填充系数：0.75（底部） LI/;`Y=  
    •侧壁角度：±6° Ej7>ywlW  
    •n1：1.46 _5l3e7YN  
    •n2：2.08 yG%<LP2p@f  
     & ~*qTojj  
    光栅＃1结果 cN] ]J  
    n>["h2  
    1-6[KBQ8  
    •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。 ^V5g[XL2  
    •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。 @2eV^eO9  
    •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。     'D1Sm&M2%e  
    &8^ch,+pD  
    4Bc<  
    u{>_Pb  
    光栅＃2 zJCm0HLJ  
    $4Ko  
     XDM~H  
     (}:n#|,{M  
    wn-{V kpm  
    •同样，只考虑此光栅。 xO nW~Z  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 *k%3J9=-1  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 }?vVJm'  
    假设光栅参数： R]8^ @i1  
    •光栅周期：250 nm G"._]3 CPF  
    •光栅高度：490 nm $hM>%u  
    •填充因子：0.5 hr)CxsPoRQ  
    •n1：1.46 j^&{5s  
    •n2：2.08     |Vq&IfP  
    <Z6tRf;B  
    光栅＃2结果 { 95u^S=  
     nL[ zXl  
    ?*ni5\y5o  
    •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。 -jJw wOm  
    •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。 7vf?#^ RlV  
    •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。 5f'<0D;K  
    =Lyo]8>,X  
     Uq8=R)1<|d  
    文件信息 !o k6*m  
    @uaf&my,P  
     Q|+g= |%^  
    !R/- |Kjy  
     FYtf<C+  
    QQ：2987619807 y?1<7>L5~  
     
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