[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。 0evG  
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任务说明 <n0-zCf  
~fr1O`8  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 Q7i^VN  
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。 Ff|?<\x0}A  
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： W(EU*~<UC  
sjztT<{Q^-  
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。 o6'`W2P  
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： &bTadd%0  
)5bhyzSZI  
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。 E-l>z%  
|rsu+0Mtz  
光栅结构参数 pp/Cn4"w  
研究了一种矩形光栅结构。 D*heYh  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 7HFw*;  
根据上述参数选择以下光栅参数： \\BblzGMR  
光栅周期：250 nm {DAwkJvb]  
填充因子：0.5 <` HLG2  
光栅高度：200 nm $YFn$.70\  
材料n_1：熔融石英（来自目录） J1g `0XH  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） i |cSO2O+  
UtY<R  
DOf[?vbu  
3xbA]u;gp  
偏振态分析 E}yl@8g:#  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 c[ga@Vy  
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。 v;irk<5  
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。 c!E+&5|n  
Xq,{)G%9nM  
X`[or:cB  
q^k6.5*"  
模拟光栅的偏振态 lfb]xu]O  
JoIffI?{(D  
BIS5u4  
,C!MHn^$  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Ig*!0(v5$  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 [Nsv]Yz  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Vtr0=-m&  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ]#KZ W)M  
rWAJL9M  
Passilly等人更深入的光栅案例。 O~Pbu[C  
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。 |-=^5q5  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 T^%$  
$D<LND=o=  
utfD$8UI  
cea%M3  
光栅结构参数 ['e8Xz0  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 _T)dm
hG  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 QzCu$ [  
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。 mO(m%3  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 vSX71  
1s"6  
R=_ fk  
光栅#1——参数 {?$-p%CF`8  
假设侧壁倾斜为线性。 lL/|{A|-j  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 UW88JA0  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 o!dTB,Molr  
光栅周期：250 nm c>,|[zP{  
光栅高度：660 nm E}00y%@*J  
填充因子：0.75（底部） \J.PrE'(}  
侧壁角度：±6° DfXXN  
n_1：1.46 !:'%'@uc  
n_2：2.08 5~5d%C^3k  
=I
-SQI8  
6p=AzojoB  
mhv{6v  
光栅#1——结果 4en[!*  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 6av]LYK  
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。 |W[BqQIf  
lb{<}1YR0o  
   H<92tP4M  
82O#Fe q  
光栅#2——参数 mQ*:?\@  
假设光栅为矩形。 ]k-<[Z;I,  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 _VFl.U,   
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 / q*n*j  
光栅周期：250 nm Y&6vTU  
光栅高度：490 nm KP(RK4F  
填充因子：0.5 7^>UUdk(  
n_1：1.46 HN9!~G  
n_2：2.08 FJ#:RC  
Lnc _
)RF  
n}P

z:  
R2|v[nh  
光栅#2——结果 .KSPr  
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。 Oc8]A=M12  
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。 |]kcgLqj  
  
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