[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。 rrL gBeQa  
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任务说明 d%wy@h  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 lNwqWOWy  
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。 do$+ Eh  
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： 1;8%\r[|5^  
pSC\[%K  
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。 a(Fx1`}  
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： 6#SUfK;  
"7X[@xX@  
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。 :kb2v1{\  
f}%paE"  
光栅结构参数 uZ/XI {/  
研究了一种矩形光栅结构。 }\$CU N  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 (.Th?p%>7  
根据上述参数选择以下光栅参数： r|,_qNrw  
光栅周期：250 nm #PJHwvr  
填充因子：0.5 pcrarj  
光栅高度：200 nm mN&B|KWU  
材料n_1：熔融石英（来自目录） %UXmWXF4$  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） )nM<qaI{  
+$;*"o  
t|jp]Vp  
0`y*7.Ip  
偏振态分析 yRyUOTK  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。  Ww&r  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 z9qF<m  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 mNk@WY_F  
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模拟光栅的偏振态 :6[G;F7s  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： lK%)a +2  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 #6F|
}E  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 9~5LKg7Ac  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 {\u6Cjx  
VYw<8AEFY  
Passilly等人更深入的光栅案例。 3\2^LILLO  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 &WJ;s*  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Min{&?a  
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Z/e^G f#i  
[O@U@bD9  
光栅结构参数 #DA,*  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Q79WGW  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 dthtWnB@  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 ecMpU8}rR  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 E|"QYsi.Ck  
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光栅#1——参数 Txa 2`2t
7  
假设侧壁倾斜为线性。 fi  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Xk?Y  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。
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光栅周期：250 nm )u=46EU_  
光栅高度：660 nm U]PsL3:  
填充因子：0.75（底部） `1i\8s&O6@  
侧壁角度：±6° ;-quK%VO!  
n_1：1.46 #:E^($v  
n_2：2.08 ?.g="{5X  
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4&<zkAMR  
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光栅#1——结果 Sd *7jW?  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 'NN3XyD
 
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。 p>1Klh:8.'  
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   i;<K)5Z  
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光栅#2——参数 YDaGr6y4i  
假设光栅为矩形。 #&Fd16ov  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 )(h<vo)-zX  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 I#-T/
1N  
光栅周期：250 nm o@qI!?p&  
光栅高度：490 nm L"'L@A|U  
填充因子：0.5 (G 9Ku 8Y  
n_1：1.46 q9B5>Ye)  
n_2：2.08 fiQ/ &]|5  
$%zM Z  
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光栅#2——结果 X=[`+=  
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。 uiq;{!dop  
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。 ,ik\MSS  
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