[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 p8j4Tc5tQ>  
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任务说明 Pm^FSw"  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 @^ta)Ev  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 m#[c]v{  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： d5LBL'/o  
Or$"f3gq  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 rkWy3X{%2<  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 'tkQz  
#"r_ 3  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 D0bpD  
:/SGB3gb1t  
光栅结构参数 *B@#A4f"  
研究了一种矩形光栅结构。 ,if~%'9j  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 _&gO>G,uy  
根据上述参数选择以下光栅参数： @kDY c8 t9  
光栅周期：250 nm .EWjeVq  
填充因子：0.5 a(fiW%eFb  
光栅高度：200 nm dzbbFvG  
材料n_1：熔融石英（来自目录） c^H#[<6p  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） gGCr~.5  
b(U5n"cdA  
R(_WTs9x4  
.#tA .%  
偏振态分析 K~-V([tWg  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 9i_@3OVl  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 >\'}&oi  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 u&={hJ&7  
Lfa&JKd  
U74L:&yLI  
+6+1N)L  
模拟光栅的偏振态 2\64~a^  
vnbY^ASdw  
u#u/uS"  
d7g$9&/q  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： +DefV,Ny  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 *h?}~!AjY  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 )Mflt0fp  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 d5 ]-{+V+  
#NMQN*J>D  
Passilly等人更深入的光栅案例。 peS4<MqWu  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 1=>b\"P#E  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 I%[Tosud<  
pox;NdX7  
9.~_swkv  
&,Rye Q  
光栅结构参数 u@Ni *)p`  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 "tmu23xQ  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 v'`qn  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 sy(bL_%  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。
^^uY)AL  
(?T{^Hg  
Um-Xb'R*]V  
光栅#1——参数 3S>rc0]6  
假设侧壁倾斜为线性。 %qrUP\rn  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4},Y0QXw  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 +WR'\15u  
光栅周期：250 nm S n~P1C  
光栅高度：660 nm j{tr''
yN  
填充因子：0.75（底部） Q0ezeo  
侧壁角度：±6° $_a/!)bP  
n_1：1.46 $K\;sn; |:  
n_2：2.08 I&1.}{G>F  
)g-0b@z!n  
E.*wNah"U  
#{)mr [c|  
光栅#1——结果 97>|eDc Y  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 7<8'7<X  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 ,(hP /<  
TEK#AR  
   %vG;'_gMB  
YWANBM(v+  
光栅#2——参数 X2np.9hie  
假设光栅为矩形。 :q2RgZE  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 n-wOLH  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ZWB3R  
光栅周期：250 nm 5ry[Lgg  
光栅高度：490 nm ;'!h(H  
填充因子：0.5 {FC<vx{42  
n_1：1.46 54s90  
n_2：2.08 s9u7zqCF  
#aP;a-Q|k  
O15~\8#'  
b!EqYT  
光栅#2——结果 3)^2X  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 %3K'[2F  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 "zIQ(|TL?d  
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