偏振狀態分析的案例
衍射級次偏振狀態的研究
VirtualLab Fusion通過應用傅立葉模態法（FMM），以簡易的方式提供對任意光柵結構進行嚴格分析。在光柵工具箱中，可以在堆棧中使用界面或/和介質來配置周期性結構。 用于設置堆棧幾何形狀的用戶界面非常人性化，并且允許生成更復雜的光柵。在該用例中，討論了由FMM實現衍射級次偏振狀態的研究。
概述
?本文的主題是光在周期性微結構處的衍射后的偏振態。
?為此，如示意圖所示，在示例性二元光柵結構和錐形入射處研究零級反射光。
?為了在特定示例中討論該主題，在第二部分中根據Passilly等人的工作（2008年）選擇光柵配置和相應參數。
衍射級次的效率和偏振
?通常，為了表征光柵的性能，給出了傳播級次的效率（η）。
?該效率值包括該特定級次的所有光的能量，但并不區分最終出現的不同偏振狀態。
?在嚴格模擬光柵效率的過程中，例如利用傅里葉模態法，通過使用復數場求解均勻介質的波動方程（也稱為亥姆霍茲方程）。
?因此，對于每個衍射級次（??）和偏振態，算法的結果以復數值瑞利系數給出。
?特定級次（??）的效率表示入射光的功率與輸出衍射級的光功率之間的關系。它是從瑞利系數計算出來的。
光柵結構參數
?此處探討的是矩形光柵結構。
?為簡單起見，選擇光柵的配置，僅使反射中的零級次（R0）傳播光線。
?因此，選擇以下光柵參數：
- 光柵周期：250 nm
- 填充系數：0.5
- 光柵高度：200 nm
- 材料n1：熔融石英
- 材料n2：TiO2（來自目錄）
偏振狀態分析
?使用不同錐形入射角（φ）的TE偏振光照射光柵。
?如上所述，瑞利系數的平方幅值將提供有關特定級次的偏振狀態信息。
展開 VirtualLab Fusion：衍射級次偏振狀態的研究
VirtualLab Fusion通過應用傅立葉模態法（FMM），以簡易的方式提供對任意光柵結構進行嚴格分析。在光柵工具箱中，可以在堆棧中使用界面或/和介質來配置周期性結構。 用于設置堆棧幾何形狀的用戶界面非常人性化，并且允許生成更復雜的光柵。在該用例中，討論了由FMM實現衍射級次偏振狀態的研究。
概述
?本文的主題是光在周期性微結構處的衍射后的偏振態。
?為此，如示意圖所示，在示例性二元光柵結構和錐形入射處研究零級反射光。
?為了在特定示例中討論該主題，在第二部分中根據Passilly等人的工作（2008年）選擇光柵配置和相應參數。
衍射級次的效率和偏振
?通常，為了表征光柵的性能，給出了傳播級次的效率（η）。
?該效率值包括該特定級次的所有光的能量，但并不區分最終出現的不同偏振狀態。
?在嚴格模擬光柵效率的過程中，例如利用傅里葉模態法，通過使用復數場求解均勻介質的波動方程（也稱為亥姆霍茲方程）。
?因此，對于每個衍射級次（??）和偏振態，算法的結果以復數值瑞利系數給出。
?特定級次（??）的效率表示入射光的功率與輸出衍射級的光功率之間的關系。它是從瑞利系數計算出來的。
光柵結構參數
?此處探討的是矩形光柵結構。
?為簡單起見，選擇光柵的配置，僅使反射中的零級次（R0）傳播光線。
?因此，選擇以下光柵參數：
- 光柵周期：250 nm
- 填充系數：0.5
- 光柵高度：200 nm
- 材料n1：熔融石英
- 材料n2：TiO2（來自目錄）
偏振狀態分析
?使用不同錐形入射角（φ）的TE偏振光照射光柵。
?如上所述，瑞利系數的平方幅值將提供有關特定級次的偏振狀態信息。
展開 TechWiz LCD 1D應用：偏振狀態分析
LCD的組成有具有折射率各向異性的液晶并夾在兩個偏振器之間，來控制顏色和亮度。偏振分析使分析觀測角度光特性的關鍵。考慮到液晶分子的光學各向異性，TechWiz Polar可根據偏振器和補償膜精確地分析光的偏振狀態。
MCGrating光柵設計軟件
同時可以計算衍射效率、近場、偏振、反射、透射以及內部場。全息光柵、布拉格光柵、表面光柵、光子晶體、衍射光束分束器、偏光器、抗反射各種定制特性可以使用戶分析和優化用戶自定義結構的光柵。這些包括導入測量的高度輪廓以及使用公式描述一個高度輪廓的可編程高度輪廓或者折射率分布介質。
嚴格設計1D 和2D亞波長光柵
嚴格設計廣角1D和2D光束分束器和點陣器件
嚴格設計薄膜
嚴格設計體光柵
嚴格分析任意自定義的1D光柵
薄層和光柵設計
分析設計薄層膜和各種2D和3D光柵
光源可以偏振和非偏振光源；
擁有全局和局部優化算法可以供選擇；
可以優化光柵材料參數和光柵結構參數；
界面友好，便于操作和優化、它具有三維矢量代碼；
仿真計算精度高，材料齊全；
任意光柵參數分析，包括光柵厚度，材料，電介質材料和金屬材料折射率（可通過實部和虛部來定義）；
任意復雜光柵如多材料，膜層，內部結構等；
薄膜分析，衍射級次及相位角分析，圓錐襯邊及任意偏振；
任意偏振狀態分析，各級指數任意變換，任意光柵級次分析，可編輯材料數據庫，基于遺傳算法優化，可輸入任意代數約束表達式，任意數量控制參數，多重衍射效率目標，全差分優化選項控制。
特色:
寬光譜光源、非偏振光源, TE, TM, Conical 偏振；
700 多種材料數據庫, 自定義函數；
十幾種優化算法；
入射角度和波長掃描；
多種光柵變量, 包括介質 、材料和 相關鏈接變量；
自定義各種高性能2D 和3D 數據輸出。
展開 
VirtualLab：橢圓偏振分析器
測量涉及確定不同波長和入射角下從樣品反射或透射時光偏振態的變化。因此，它可用于表征成分、粗糙度、厚度、結晶性能、導電性和其他材料特性。它對入射輻射與所研究材料相互作用的光學響應變化非常敏感。此用例演示了橢圓偏振儀的基本原理，并說明了 VirtualLab Fusion中內置橢圓偏振分析器的使用。
橢圓偏振儀的基本原理
當線偏振光(分解為一個偏振平行(??p,i)和一個垂直于入射面(??s,i)的波)與電介質相互作用時，偏振態會發生變化。從入射波和反射(或透射)波之間的相移(??)，以及反射(或透射)振幅的比值(tan(??))，可以推導出介質的介電特性(??, ??)。
橢圓偏振儀的基本原理
注意：類似的考慮適用于透射情況，但為了簡單起見，只討論反射。
將橢偏分析器加入系統
分析輸出
橢偏分析器可以計算光在所定義堆棧上反射或透射的結果。
該堆棧可以由單個或一定數量的層組成，也可以由1D或2D周期結構(光柵)組成。
分析器在計算過程中配置光學設置的方向和位置。因此，不需要配置光源的位置，光學系統中的探測器或光源中的偏振態。
級次選擇
對于一個層堆棧，如果沒有橫向周期性，則應選擇級次(0,0)。
如果使用光柵結構作為樣品，可以通過在x和y上定義所研究的衍射級次的指數，來選擇所考慮的衍射級次。
對于一維周期光柵，第二指數應為零。
輸出
角度定義
入射角可以用度(Deg)或弧度(Rad)來定義。
展開 光柵偏振分析器
非錐形入射的偏振方向
瓊斯矢量分別描述了沿光源X軸和Y軸的電場。
c.p-s坐標系
錐形入射的偏振方向
入射平面由光柵表面的法向量和入射光線的方向向量定義（在非錐形情況下，光柵向量也在這個平面內）。p-極化狀態與入射平面平行，而s-極化狀態與之垂直。對于TE/TM極化，這也相應有效（TM：平行，TE：垂直）。
輸出數據的規格
在錐形情況下，光的入射方向不再是由表面法線和光柵矢量定義的平面內。同樣，入射光線的偏振狀態是根據入射方向和光柵表面的法線矢量形成的入射平面來定義的。
內置的參數運行功能
-平均效率：A=(Ix+Iy)/2。
-偏振對比度：P=Ix/Iy。
-Ey方向的Iy效率：Ey偏振的整體反射/傳輸效率。
-Ex方向的Ix效率：Ex偏振的整體反射/傳輸效率。
除了兩個正交偏振方向的效率外，該分析儀還提供其他評價函數，如偏振對比度和平均效率。
展開 [NEWSLETTER] 光柵的偏振分析
光柵的一個特征是對入射光的偏振敏感性，以及通常情況下較強的矢量特性。
無論這種影響是否有益，快速物理光學軟件為您提供了幫助：首先，通過了一致的矢量處理，它不僅包括場和光柵本身，也包括可能包含光柵的光學系統。其次，Virtuallab Fusion提供了對光柵的矢量特征進行詳細的分析的必要工具。
在下面的示例中，我們將深入介紹偏振分析器——光柵光學平臺中的一個強大工具，允許用戶計算不同偏振狀態下光柵級次的衍射效率，并提供額外選項來研究波長和入射角的作用——以及傾斜光柵偏振效應的研究。
偏振分析器
此功能用例演示了偏振分析器分析和優化光柵結構的能力。
研究衍射級次的偏振狀態
VirtualLab Fusion能夠對光柵結構進行詳細分析，包括分析可能的衍射級次和偏振態的變化。
展開 橢圓偏振分析器
當線偏振光(分解為一個偏振平行(??p,i)和一個垂直于入射面(??s,i)的波)與電介質相互作用時，偏振態會發生變化。從入射波和反射(或透射)波之間的相移(??)，以及反射(或透射)振幅的比值(tan(??))，可以推導出介質的介電特性(??, ??)。
橢圓偏振儀的基本原理
橢圓偏振儀是一種光學測量方法，通常用于確定薄膜的介電特性。測量涉及確定不同波長和入射角下從樣品反射或透射時光偏振態的變化。因此，它可用于表征成分、粗糙度、厚度、結晶性能、導電性和其他材料特性。它對入射輻射與所研究材料相互作用的光學響應變化非常敏感。此用例演示了橢圓偏振儀的基本原理，并說明了 VirtualLab Fusion中內置橢圓偏振分析器的使用。
級次選擇
分析器在計算過程中配置光學設置的方向和位置。因此，不需要配置光源的位置，光學系統中的探測器或光源中的偏振態。
該堆棧可以由單個或一定數量的層組成，也可以由1D或2D周期結構(光柵)組成。
橢偏分析器可以計算光在所定義堆棧上反射或透射的結果。
展開 [VirtualLab] 橢圓偏振分析器
測量涉及確定不同波長和入射角下從樣品反射或透射時光偏振態的變化。因此，它可用于表征成分、粗糙度、厚度、結晶性能、導電性和其他材料特性。它對入射輻射與所研究材料相互作用的光學響應變化非常敏感。此用例演示了橢圓偏振儀的基本原理，并說明了 VirtualLab Fusion中內置橢圓偏振分析器的使用。
橢圓偏振儀的基本原理
當線偏振光(分解為一個偏振平行(??p,i)和一個垂直于入射面(??s,i)的波)與電介質相互作用時，偏振態會發生變化。從入射波和反射(或透射)波之間的相移(??)，以及反射(或透射)振幅的比值(tan(??))，可以推導出介質的介電特性(??, ??)。
橢圓偏振儀的基本原理
注意：類似的考慮適用于透射情況，但為了簡單起見，只討論反射。
將橢偏分析器加入系統
分析輸出
橢偏分析器可以計算光在所定義堆棧上反射或透射的結果。
該堆棧可以由單個或一定數量的層組成，也可以由1D或2D周期結構(光柵)組成。
分析器在計算過程中配置光學設置的方向和位置。因此，不需要配置光源的位置，光學系統中的探測器或光源中的偏振態。
級次選擇
對于一個層堆棧，如果沒有橫向周期性，則應選擇級次(0,0)。
如果使用光柵結構作為樣品，可以通過在x和y上定義所研究的衍射級次的指數，來選擇所考慮的衍射級次。
對于一維周期光柵，第二指數應為零。
輸出
角度定義
入射角可以用度(Deg)或弧度(Rad)來定義。
TM相對于TE的相移是一個相移補償器，如果引入到橢偏分析中，它只會移動p和s偏振之間的相對相位差(??)，而不會對p和s偏振分量的實際振幅產生影響(Ψ)。
波長和入射角的掃描
橢偏分析器包括一個選項，通過定義變化的范圍、步長和步數來掃描波長和入射角參數。
展開 [VirtualLab] 光柵偏振分析器
非錐形入射的偏振方向
c.p-s坐標系
d.TE-TE坐標系
入射平面由光柵表面的法向量和入射光線的方向向量定義（在非錐形情況下，光柵向量也在這個平面內）。p-極化狀態與入射平面平行，而s-極化狀態與之垂直。對于TE/TM極化，這也相應有效（TM：平行，TE：垂直）。
錐形入射的偏振方向
c.p-s坐標系
d.TE-TM坐標系
在錐形情況下，光的入射方向不再是由表面法線和光柵矢量定義的平面內。同樣，入射光線的偏振狀態是根據入射方向和光柵表面的法線矢量形成的入射平面來定義的。
輸出數據的規格
除了兩個正交偏振方向的效率外，該分析儀還提供其他評價函數，如偏振對比度和平均效率。
-Ex方向的Ix效率：Ex偏振的整體反射/傳輸效率。
-Ey方向的Iy效率：Ey偏振的整體反射/傳輸效率。
-偏振對比度：P=Ix/Iy。
-平均效率：A=(Ix+Iy)/2。
內置的參數運行功能
-分析器提供了一個內置的Parameter Run功能，用于分析指定范圍內的波長和/或入射角的目標函數。
-此外，一些Advanced Outputs也是可用的，例如，在定義的波長或角度范圍內說明所選優點函數的變化的圖示。
展開 Techwiz OLED中偏振光源的分析
結果分析
? 極坐標圖結果
? 等高線圖結果
Ansys Zemax | 探究 OpticStudio 偏振分析功能
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概述
OpticStudio有多種分析模擬偏振光學器件的功能。這篇文章介紹了每種功能在建模時的特點和合適的使用環境。
產生偏振光源
所有OpticStudio中的偏振分析都需要定義輸入光的偏振態，通常情況下這些分析使用瓊斯向量 (Jx, Jy) 來表示X和Y方向上不同起始相位的偏振分量。在OpticStudio中有兩種輸入光偏振態的方法。第一種是在每個獨立的分析功能中設置明確的輸入偏振態（Jx, Jy, X/Y起始相位），例如偏振光線追跡 (Polarization Ray Trace) 和偏振光瞳圖 (Polarization Pupil Map)。
第二種方法是在系統選項 (System Explorer) > 偏振 （Polarization） 標簽下進行定義。這里定義的偏振態將應用于所有包含并勾選了“使用偏振 (Use Polarization) ”選項的分析和計算中。
系統選項對偏振態的定義方法需要將輸入的二維瓊斯矩陣轉換為三維的電場向量 (Ex, Ey, Ez)。如果我們將Jx考慮為電場在S偏振方向的分量，將Jy考慮為電場在P偏振方向的分量，則在沒有入射平面的情況下這種定于會變的很模糊。
這表示，如果要定義光線從光源發射沿方向向量K在自由空間中傳播時的P和S分量，則需要先定義一個參考基準。
展開 高效偏振無關透射光柵的分析與設計
當光柵的特征尺寸與波長相當時，具有偏振相關的光學特性。這使得難以針對任意偏振設計出具有高衍射效率的光柵。根據文獻中的概念[T. Clausnitzer, et al., Proc. SPIE 5252, 174-182 (2003)], 我們將展示如何嚴格分析光柵的偏振相關特性，以及如何使用參數優化設計具有高衍射效率的偏振無關光柵。
摘要
VirtualLab偏振分析器
摘要
線柵偏振器，可以使透射光產生線性偏振狀態，是眾多應用中常見的一種光學元件。由于它們的結構在亞波長范圍內，因此必須對光的傳播進行嚴格的處理。VirtualLab的偏振分析器及其內置的RCWA能夠詳細分析和優化，不僅是偏振器，還有抗反射結構和其他類型的光柵。它提供了與偏振有關的反射和/或透射衍射階數的信息，同時還可以分析效率與波長和/或入射角的關系。
任務描述
本文件的主題是使用偏振分析器研究光柵的衍射階數的偏振狀態。
光柵式光學裝置中的偏振分析器
編輯偏振分析器
-該分析器計算了所定義結構的每個衍射階數的兩個正交偏振狀態的效率之和（無論是透射還是反射）。
-為此，在相應系統的光柵組件中配置的光柵被使用。
-效率之和可以從所有（傳播）階數中計算，也可以從用戶定義的階數范圍中計算。
編輯偏振分析器
-入射光束的偏振狀態可以根據以下坐標系來定義。
a. 光柵的坐標系
b.光源的坐標系
c.P-S坐標系
d.TE-TM坐標系
偏振方向
a．光柵坐標系
瓊斯矢量分別描述了沿光柵組件的X軸和Y軸的電場。
b．光源坐標系
瓊斯矢量分別描述了沿光源X軸和Y軸的電場。
非錐形入射的偏振方向
c．p-s坐標系
d．TE-TE坐標系
入射平面由光柵表面的法向量和入射光線的方向向量定義（在非錐形情況下，光柵向量也在這個平面內）。p-極化狀態與入射平面平行，而s-極化狀態與之垂直。對于TE/TM極化，這也相應有效（TM：平行，TE：垂直）。
展開 VirtualLab：光柵偏振分析器
非錐形入射的偏振方向
c.p-s坐標系
d.TE-TE坐標系
入射平面由光柵表面的法向量和入射光線的方向向量定義（在非錐形情況下，光柵向量也在這個平面內）。p-極化狀態與入射平面平行，而s-極化狀態與之垂直。對于TE/TM極化，這也相應有效（TM：平行，TE：垂直）。
錐形入射的偏振方向
c.p-s坐標系
d.TE-TM坐標系
在錐形情況下，光的入射方向不再是由表面法線和光柵矢量定義的平面內。同樣，入射光線的偏振狀態是根據入射方向和光柵表面的法線矢量形成的入射平面來定義的。
輸出數據的規格
除了兩個正交偏振方向的效率外，該分析儀還提供其他評價函數，如偏振對比度和平均效率。
-Ex方向的Ix效率：Ex偏振的整體反射/傳輸效率。
-Ey方向的Iy效率：Ey偏振的整體反射/傳輸效率。
-偏振對比度：P=Ix/Iy。
-平均效率：A=(Ix+Iy)/2。
內置的參數運行功能
-分析器提供了一個內置的Parameter Run功能，用于分析指定范圍內的波長和/或入射角的目標函數。
-此外，一些Advanced Outputs也是可用的，例如，在定義的波長或角度范圍內說明所選優點函數的變化的圖示。
-通過激活相應的復選框（同樣，對于最小、最大和均勻性誤差），將產生相應的附加輸出。
內置的參數運行功能
入射角定義的注意事項：
如果您在光學設置中創建一個新的偏振分析器，偏振分析器中的角度定義類型將根據該光學設置中光柵組件的方向定義類型來設置，即：
-對于球面角，Theta、Phi和Zeta角可以被改變。
-對于方向角，Zeta角可以改變。
-對于笛卡爾角，可以改變Alpha、Beta和Zeta的角度。
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