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    • Zemax光学设计从入门到精通 光学设计仿真实验指导 Zemax光学设计实践基础(陈家璧) 光学设计与光学元件
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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 _,*r_D61S  
    :b!s2n!u  
    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。 bcz:q/f}@  
    Gav$HLx  
    bvOq5Q6  
    概述 0<*<$U  
    :Llb< MY2  
    /dIzY0<aO  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 HjwE+:w  
    •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。 B`sAk %  
    •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。 62NsJ<#>  
    pQQH)`J|t  
     /g.U&oI]D  
    asqV~n  
    衍射级次的效率和偏振     `EQL" =)  
    yWf`rF{  
    y>ktcuML  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 Wa~=bH  
    •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。 IAyp2  
    •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）。 ]I6  J7A[  
    •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。 .jK4?}]  
    •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。 ?&uu[y  
     8xMX  
    5`_SN74o  
    光栅结构参数 2 ? 4!K.  
    #p{4^  
    5Yndc)Z  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 u]G\H!Wk Q  
    •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。 {\\T gs  
    •因此，选择以下光栅参数： - ! S_ryL  
    - 光栅周期：250 nm ^kSqsT"  
    - 填充系数：0.5 !TcJ)0   
    - 光栅高度：200 nm 23jwAsSo  
    - 材料n1：熔融石英 7x8  yxE  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） o;R I*I  
     ,tRj4mx  
    DIUjn;>k8  
    ;O #>Y  
    偏振状态分析 rW#T vUn  
    N)Z?Z+ }h  
    `QY)!$mUIF  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 d0 /#nz  
    •如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 Ht&Y C<X  
    •为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 `qwBn=  
    %xt^698&X  
     #Rr%:\*  
    ]]Ufas9  
    产生的极化状态 t ZB<on<.)  
    9MqGIOQ${j  
     8a"%0d#  
    S`]k>' l  
     Dum9lj  
    其他例子 S5EK~#-L[  
    ijU*|8n{>  
    h@wgd~X9  
    •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。 2b8L\$1q  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 SZCze"`[  
     rQ snhv  
    j_ 7mNIr  
    h zn6kbv  
    光栅结构参数 ;xn0;V'=  
    p{dj~ &v  
    GsM<2@?  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 caX< n>  
    •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。 1yY0dOoLG)  
    •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。 @9|hMo  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 _PR4`C*  
     *DhiN  
    | VDV<g5h  
    光栅＃1 oe~b}:  
    B#1;r-^P<  
     ?|Zx!z ($  
    sW8dPw O  
    Yu2Bkq+  
    •仅考虑此光栅。 P{^6v=8)  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 Z;)%%V%o  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 &PtJ$0%q  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 ~4cC/"q$X  
     R0-j5&^jju  
    y1L,0 ]  
    假设光栅参数： ,5<Cd,`*  
    •光栅周期：250 nm |]*/R^1>2  
    •光栅高度：660 nm ,~W|]/b<q  
    •填充系数：0.75（底部） V Jll  
    •侧壁角度：±6° lks!w/yCF  
    •n1：1.46 \xoP)Ub>  
    •n2：2.08 &b& ,  
     hP&B t  
    光栅＃1结果 }*"p?L^p{  
    j"Pv0tehw  
    '1/i"yoW  
    •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。 7. ;3e@s  
    •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。 ;,e2egC'  
    •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。     )w%!{hn  
    7Hu3>4<  
    3sZ\0P}   
    |P}y,pNQ  
    光栅＃2 E-g_".agO  
    JqiP>4Uwm^  
     v|2T%y_ u  
     <Q?F?.^e  
    du^J2m{f  
    •同样，只考虑此光栅。 bA->{OPkT  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 5/Uy{Xt  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 !%0 * z  
    假设光栅参数： ,zY$8y]  
    •光栅周期：250 nm i K? w6  
    •光栅高度：490 nm b|W=pSTY  
    •填充因子：0.5 `PH{syz  
    •n1：1.46 pyvSwD5t  
    •n2：2.08     icK/],  
    A^<iL  
    光栅＃2结果 {/:x5l8  
     wD)XjX  
    c!9nnTap  
    •同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 [cp+i^f  
    •相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 v_-dx  
    •与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 CeC6hGR5  
    }`~+]9 <   
     0"bcdG<}  
    文件信息 ?5 7Sk+  
    ,nm*q#R,0  
     E^eVvP4uC@  
    "#\ ;H$+  
     n6a`;0f[R  
    QQ：2987619807 oILZgNe'  
     
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