[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。 l(.7t'  
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任务说明 Qz'O{f  
 h=:*7>}  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 W&Y4Dq^  
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。 oJhEHx[f  
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： >Zi|$@7t-  
fQ^h{n  
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。 CzK%x?~]  
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： FW/6{tm  
%L.lkR
s  
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。 H3W_}f  
|.^^|@+  
光栅结构参数 %`bLmfm  
研究了一种矩形光栅结构。 Mf!owpW T  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 L!`*R)
I45  
根据上述参数选择以下光栅参数： _.u~)Q`6  
光栅周期：250 nm :/ ~):tM  
填充因子：0.5 rD_Ss.\^g  
光栅高度：200 nm 4mki&\lw`  
材料n_1：熔融石英（来自目录） AviT+^7E  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） $XU-[OF%:9  
x*3@,GmZl  
mm3zQ!2j.  
:h3#1fko  
偏振态分析 I #Arr#%  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ,oy4V^B&  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 h;&&@5@lM  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 KB$ vQ@N  
LPtx|Sx![  
u0<d2Y  
5;r({J  
模拟光栅的偏振态 jJiCF,m  
vbW\~xf  
:==UDVP  
(\5<GCW-  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： cuJ/ Vc  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 2n<qAl$t  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 FZ;YvdX6  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 j(wY/Hl  
K*hf(w9="%  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Zb5T90s%  
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。 BN bb&]  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 $6qR/#74  
}[YcilU_  
F5b]/;|  
Ip1QVND  
光栅结构参数 Xmw2$MCB  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 l%vhV&  
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。 p;)klH@X  
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。 9}7oKlyk  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ZVC
v(J  
|qFN~!  
+LvZ87O^~  
光栅#1——参数 ^^W`Lh%9
 
假设侧壁倾斜为线性。 ;1Tpzm  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 3@#,i<ge:  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 2l;ge>DJ  
光栅周期：250 nm lW@
:q04Z$  
光栅高度：660 nm IWSEssP  
填充因子：0.75（底部） 3M5=@Fwkr  
侧壁角度：±6° y2d_b/  
n_1：1.46 vCrWA-q#  
n_2：2.08 `K ~>!d_  
J[Ylo&w3  
J@&$U7t  
8DmX4*  
光栅#1——结果 `\}zm~  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 `s]zk {x  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 wZ#~+ }T  
TO8\4p*tE  
   k/6Gj}l'o  
SK~;<>:37  
光栅#2——参数 s;=J'x)~%  
假设光栅为矩形。 c9F[pfi(  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 x<j($iv  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 !3gpiQH{  
光栅周期：250 nm Rg!aKdDl$  
光栅高度：490 nm a|^-z|.  
填充因子：0.5 L>K39z~,  
n_1：1.46 ?PH}b?f4  
n_2：2.08 =&<$I  
`~s,W.Eu4  
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 s`{#[&[  
光栅#2——结果 L<nkI  
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。 X_Of k  
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。 jmwQc&  
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