[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。 f;a55%3c  
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任务说明 qbD[<T  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 !TPKD  
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。 1c*XmMB  
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： L
<ET"&b;4  
ze#r/j;sw  
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。 7toDk$jJRg  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 7)
Qq  
,^&amWey  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 C5EaP%s  
l !:kwF  
光栅结构参数 (cm8x  
研究了一种矩形光栅结构。 h~u|v[@{J  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 +;N;r/d_i  
根据上述参数选择以下光栅参数： <4%vl+qW  
光栅周期：250 nm CjUYwAy$k  
填充因子：0.5 Isg\ fSK<j  
光栅高度：200 nm Ew*SA  
材料n_1：熔融石英（来自目录） gE~LPwM  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） kuW^_BROJ  
j4}Q  
tk!5"`9N  

S0!w]Ku  
偏振态分析 4>(
rskl_  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 "g&hsp+i"A  
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。 #7p!xf^  
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。 #,Cz+k*4  
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O*ER3  
模拟光栅的偏振态 -Rbv
#Y  
Gm-V/[29R  
EM,=R  
5
N:IH@  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 1}3tpO;  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 KLgg([  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Y
Z^mH <  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 nG0R1<  
kxt/I<cs  
Passilly等人更深入的光栅案例。 0n*D](/NK  
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。 PUErvLt  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 'C) v?!19  
zQaD&2 q  
R$i-
%3  
t:*1*;  
光栅结构参数 Q2<v: *L  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 0HN%3AG]  
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。 <"{VVyK  
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。 .Ky)Co  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 $0|`h)&  
ew<_2Xy"<  
iAZbh"I  
光栅#1——参数 OxN[w|2\4  
假设侧壁倾斜为线性。 H`1q8}m  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 `\J,%J  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Y-lTPR<Eq  
光栅周期：250 nm i@mS8%|l  
光栅高度：660 nm $N\k*=  
填充因子：0.75（底部） `N8t2yF  
侧壁角度：±6° z! :0%qu  
n_1：1.46 \&[(PNl  
n_2：2.08 fNz(z\  
ch33+~Nn  
izs=5
 
I>{o]^xw-D  
光栅#1——结果 6B+?X5-6DH  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 zxkO&DGRbN  
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。 aNP\Q23D  
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   k~)@D| ?  
nf1O8FwRb  
光栅#2——参数 X.ecA`0  
假设光栅为矩形。 s"R5'W\U  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 i6<uj  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 l+j !CvtI  
光栅周期：250 nm \,'4eV  
光栅高度：490 nm hbEqb{#}@  
填充因子：0.5 {vdY(  
n_1：1.46 E;wT4 T=  
n_2：2.08 S0M i  
~RLWr.pK  
ld3H"p rR  
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光栅#2——结果 ]-_ ma  
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。 QseV\;z  
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。 rdCs  
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