[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。
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任务说明 oF9c>^s  
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Uq8=R)1<|d  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 n$S`NNO{]  
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。 Q|+g= |%^  
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： !R/-|Kjy  
FYtf<C+  
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 e&@s1  
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： 3{;W!/&>  
7KzMa%=  
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。 qauZ-Qoc9  
+#|):aF  
光栅结构参数 :y!%GJW  
研究了一种矩形光栅结构。 AvNU\$B4aG  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ZJ7<!?6  
根据上述参数选择以下光栅参数： kQY+D1  
光栅周期：250 nm  KOQ9K
 
填充因子：0.5 0/F/U=Z!  
光栅高度：200 nm .;'3Roi  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 3n=`SLj/a  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） uKBSv*AM  
mm5y'=#  
@^)aUOe  
i47xF7y\  
偏振态分析 +-B`Fya
 
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ERE1XOe=D  
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。 j+>#.22+  
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。 (DW[#
2\.  
8sV_@<l<X  
N%,!&\L  
XazKS4(  
模拟光栅的偏振态 ~GWn>  
N{$'-[  
+C(v4@=nd  
t#0/_tD  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： $m:4'r  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 %!>~2=Q2*  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 1;4] HNI  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 (xJZeY)-b^  
_IK@K6V1  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Mw
lhL?  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 A?q9(n|A"  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 NNt,J;  
=eXJZPR  
}5)sS}C  
':v@Pr|  
光栅结构参数 j3
W)5ZX  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 &$vW  
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。 H9^DlIv('  
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。 ;'B\l@U\  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ![v@+9  
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dtdz!'q)Y  
光栅#1——参数 $=?CW(  
假设侧壁倾斜为线性。 6L~tUe.G  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 !lf:x  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 "o*zZ;>^  
光栅周期：250 nm }/%(7Ff{  
光栅高度：660 nm }wJDHgt]-p  
填充因子：0.75（底部） <V3N!H_d  
侧壁角度：±6° H n
Rd  
n_1：1.46 mkCv f  
n_2：2.08 Y2DR oQ  
4I>I  
0#}@-e  
_%)v9}D  
光栅#1——结果 DO!?]"  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 NC*h7  
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。 =Of!1TR(  
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   0aMw  
sW":~=H  
光栅#2——参数 5"IbmD>D  
假设光栅为矩形。 $Q[>v!!X  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 #Fua^]n  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 u"%i3%Yjh  
光栅周期：250 nm E47U &xL  
光栅高度：490 nm rmCrP(  
填充因子：0.5 oJF@O:A  
n_1：1.46 `};8  
n_2：2.08 ):. +u=  
`hD\u@5Tw  
G_wzUk=L  
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光栅#2——结果 *q8L$D  
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。 "tgaFtC=w  
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。
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