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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: 2021-05-25
    摘要 GuKiNYI_  
    >\[|c  
    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。 nJY3 1(p  
    bp>M&1^KY  
    R7/ET"  
    概述 ]MnQ3bWq"j  
    q``:[Sz  
    _&aPF/  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。  NR98]X  
    •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。 uMX\Y;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。 96i #  
    .1 jeD.l  
     tv%B=E!r  
    5IfC8drAs  
    衍射级次的效率和偏振     Fhga^.5U&  
    ;lf$)3%[  
    -l ?\hmDl  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 3<_=Vyf  
    •该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 {!^0j{T  
    •在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 mX[J15  
    •因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 rDv`E^\  
    •特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 yaPx=^&  
     r0q?e`nsA  
    s&1}^'|  
    光栅结构参数 a?@lX>Z  
    t]E@AJO K  
    : ZadPn56  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 %Ot*k%F  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 P4fnBH4OQ  
    •因此，选择以下光栅参数： #]r'?GN  
    - 光栅周期：250 nm \k5 sdHmI[  
    - 填充系数：0.5 PQP|V>g  
    - 光栅高度：200 nm +mC?.B2D  
    - 材料n1：熔融石英 Q096M 0m  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） f<M!L> +M6  
     Q^):tO]!Ma  
    Mk}*ze0%  
    d&naJ)IoF)  
    偏振状态分析 @a,} k<@E  
    {RI)I  
    i5SDy(?r  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 9ePom'1f1  
    •如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 -PTfsQk  
    •为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 OO\$'% y`  
     %e(DPX  
     4+MaV<!tU^  
    G\K!7k`)!  
    产生的极化状态 ]I\9S{?  
    vbfQy2q  
     a}X. ewg  
    j<)`|?@e(  
     0cq<!{d  
    其他例子 *t_Q5&3L+U  
    >4J(\'}m|  
    #3?}MC  
    •为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 mJYD"WgY  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 B +MnT{  
     6zI}?KZf  
    g([M hf#  
    ?C']R(fQ\  
    光栅结构参数 y-{?0mLq  
    ZS[Ut  
    <6+T&Ov6  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 EI496bsRHm  
    •由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 G&08Qb ,N  
    •由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 ;vy<!@Y;8  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 BZ(I]:oDL  
     {nw.bKq 7  
    <h~=d("j  
    光栅＃1 sKk+^.K}|  
    ~K"nm{.  
     !j}L-1*{ l  
    E6z&pM8<8  
    =.w~qL  
    •仅考虑此光栅。 ^?*<.rsG  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 /f drf  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 TFAR>8Nm  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 HiBI0)N}  
     g>l+oH[Tv|  
    wB&5q!{!  
    假设光栅参数： i[:cG  
    •光栅周期：250 nm }F"98s W  
    •光栅高度：660 nm &x;n^W;#  
    •填充系数：0.75（底部） 20}w . V  
    •侧壁角度：±6° )j\_*SoH  
    •n1：1.46 J4@-?xj=\q  
    •n2：2.08 1}Y3|QxF  
     p$uPj*  
    光栅＃1结果 |>Fz:b d  
    D c;k)z=  
    Dt{WRe\#  
    •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。 G4&?O_\;  
    •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。 Cy)N hgz  
    •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。     ]k'^yc{5  
    `5!AHQ/  
    @DF7j|]tV  
    %ZX9YuXQ  
    光栅＃2 (.X)=  
    jOzi89  
     ~Z!YB,)bp  
     [ D.%v~j  
    -y{(h% 6  
    •同样，只考虑此光栅。 ;<_a ,5\Q  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 +vxOCN4}v  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 `( w"{8laB  
    假设光栅参数： V )1.)XC  
    •光栅周期：250 nm vB}c6A4'U  
    •光栅高度：490 nm vbd)L$$20+  
    •填充因子：0.5 ;8dffsyq  
    •n1：1.46 IvlfX`("  
    •n2：2.08     V1pBKr)v  
    :0QDV~bs  
    光栅＃2结果 &9|L Z9K  
     3u&,3:  
    ?$T^L"~  
    •同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 u&^KrOM@#  
    •相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 a2tEp+7?  
    •与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 p$qk\efv*4  
    C*3St`2@9  
     "|[9 Q?  
    文件信息 CtV|oeJ  
    =&,T@5&-=  
     74MxU  
    b9m`y*My  
     *YL86R+U  
    QQ：2987619807 %ut 8/T  
     
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