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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 YKq0f=Ij  
    H XP;0B%4  
    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。 ;.0LRWcJ  
    b]K>vhQV  
    I7bi@t  
    概述 ?360SQ<  
    JX&~y.F  
    ~>w:;M=sV8  
    •本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ++k J\N{  
    •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。 AY@k-4  
    •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。 r]-+bR  
    'RQiLUF  
     OequU'j  
    KT=a(QL  
    衍射级次的效率和偏振     R_9 o!s TZ  
    7V/Zr  
    f\=6I3z  
    •通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 [k ~C+FI  
    •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。 zi_[ V@Es/  
    •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）。 >.@MR<H#5  
    •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。 (-'PD_|  
    •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。 fr]Hc+7  
     'v+96b/;  
    ^@N`e1  
    光栅结构参数 lR[z<2w\  
    ]]3Q*bq4  
    ?M]u$Te/.  
    •此处探讨的是矩形光栅结构。 D0KELA cY  
    •为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 p Mh++H]"  
    •因此，选择以下光栅参数： ja:\W\xhJ  
    - 光栅周期：250 nm )Kr(Y.w  
    - 填充系数：0.5 g!\QIv1D  
    - 光栅高度：200 nm 3m~U(yho  
    - 材料n1：熔融石英 P8u"T!G  
    - 材料n2：TiO2（来自目录） BMF3XcH~G  
     r=|vad$  
    6iyt2q kh  
    G*=H;Upi  
    偏振状态分析 &#%D.@L  
    :g/{(#E@Z  
    h4hd<,  
    •使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 vo.EM1x  
    •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。 %K`4k.gN  
    •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。 {6DpPw^"  
    7%X+O8  
     o` 2 5  
    R,XD6'Q  
    产生的极化状态 HN^w'I'bp  
    mxZ4 HD{  
     k:W=5{[  
    Wl?<c uw00  
     jw/ wcP  
    其他例子 MR[N6E6Mg  
    x vHOY:  
    E=3#TBd  
    •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。 /^NJ)9IB  
    •因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 m2wp m_vV#  
     La@\q[U{@  
    A<]&JbIt  
    +~@7" |d  
    光栅结构参数 Y{`3`Pg&N  
    3KR2TcT#{  
    JHHb|  
    •在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 Bc5YW-QD  
    •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。 $]xE$dzJ  
    •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。 u87=q^$  
    •当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 uF.Q ",<  
     wrhBH;3  
    T<! \B]  
    光栅＃1 c,+iU R<  
    nqBG]y aI  
     Au~+Zz|mQ  
    Jx)~kK  
    @263)`9G  
    •仅考虑此光栅。 {H/8#y4qp&  
    •假设侧壁表现出线性斜率。 *1%e%G  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 X^u4%O['  
    •为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 wV7@D[8  
     xzuPie\  
    [%HYh7ua<  
    假设光栅参数： +qE,<c}}  
    •光栅周期：250 nm SjFF=ib  
    •光栅高度：660 nm [P(rY  
    •填充系数：0.75（底部） Vf@S8H  
    •侧壁角度：±6° B:B0p+$I  
    •n1：1.46  zjZ;xn  
    •n2：2.08 W9:fKP  
     $1:}(nO,  
    光栅＃1结果 @'6S[zU  
    3U :YA&K(  
    ^\xCqVk_R  
    •左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 "it`X B.  
    •相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 ZJiuj!  
    •与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。     kxt\{iy4  
    k^L#,:\&V  
    LG"BfYy6  
    =vB]*?;9  
    光栅＃2 *93l${'  
    3sd{AkD^  
     U}mL, kj"  
     !Qj)tS#Az  
    }[XB]Xf  
    •同样，只考虑此光栅。 44<9zHK  
    •假设光栅有一个矩形的形状。 :mCw.Jz<h  
    •蚀刻不足的部分基板被忽略了。 5?#OR!N  
    假设光栅参数： FU [8:o62  
    •光栅周期：250 nm # CP9^R S  
    •光栅高度：490 nm lq78gOg{  
    •填充因子：0.5 bn^mL~  
    •n1：1.46 x9FLr}e  
    •n2：2.08     %OezaNOtm  
    N2+mN0k;  
    光栅＃2结果 Gd]5xl HRU  
     U]`'GM/x  
    =rf )yp-D  
    •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。 j3sz*:  
    •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。 %8rr*l5  
    •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。 TsFV ;Sl3  
    op.PS{_t  
     rw40<SS"Z  
    文件信息 02]8|B(E90  
    8.q13t !D  
     7$Z)fkx.  
    T6/$pJl  
     mM\!4Yi`7  
    QQ：2987619807 {y+v-v/#  
     
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