[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。 ](K0Fwo`;"  
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任务说明 @5<CXTdF9c  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 !/I0i8T  
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。 +F@_Es<6  
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： .T.5TMiOSq  
q'S =Eav8  
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。 rZwB>c  
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： lCb+{OB  
;-@=  
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。 ,&]MOe4@>  
?IYY'fS"  
光栅结构参数 `M@Ak2gcR+  
研究了一种矩形光栅结构。 >3D7tK(  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 'BqZOZw  
根据上述参数选择以下光栅参数： ?S#\K^  
光栅周期：250 nm z,f=}t[.Y  
填充因子：0.5 fCUT[d+H  
光栅高度：200 nm $3P`DJo  
材料n_1：熔融石英（来自目录） A7-r<s  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） kE)!<1yy2  
rT7^-B*  
s#-eN)1R  
z,Lzgh  
偏振态分析 .;I29yk\XS  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 [ygF0-3ND  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 TZB+lj1  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 79Bg]~}Z  
\e:d)^cbh  
\,xFg w4  
WS0JS'  
模拟光栅的偏振态 'Z8aPHD  
8L{u}|{  
Kn}ub+
"J  
mh`|=M]8E  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： wD9a#AgEd  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 lpC @I^:  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 k`YYZt]@  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 t9 F=^)s  
;u-4KK  
Passilly等人更深入的光栅案例。 9O98Q6-s  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 i@$*Csj\9*  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 }DIF%}UK\  
O!F]^'!  
(4+1lOd  
oyeG$mpg  
光栅结构参数 D<):ZfUbI  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 `/:
cfP\  
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。 <Oz66bTze  
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。 wGLF%;rRe4  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 $99R|^  
v 81rfB5  
%$mjJw<|&  
光栅#1——参数 HnZPw&*  
假设侧壁倾斜为线性。 - q@
69q  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 kX;$}7n  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 |4>:M\h  
光栅周期：250 nm sdr.u  
光栅高度：660 nm ycpE=fso'  
填充因子：0.75（底部） kQIw/@WC  
侧壁角度：±6° nX[;^v/  
n_1：1.46 ; B$*)X9  
n_2：2.08 x)viY5vjH  
.Ff_s  
MCy~@)-IN  
J r*"V`  
光栅#1——结果 @ss):FwA  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 8(lCi$  
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。 #PAU'u 3{/  
buYDl  
   a%J/0'(d  
o#{#r@,i  
光栅#2——参数 W"qL-KW  
假设光栅为矩形。 O@,i1ha%  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 vLn> 4SK  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 JDhwN<0R  
光栅周期：250 nm +by|  
光栅高度：490 nm t9D S]Li  
填充因子：0.5 yN:>!SQ  
n_1：1.46 V9{B}5KC  
n_2：2.08 }td6fj_{  
az bUc4M  
*k6$  
eT\p-4b  
光栅#2——结果 7}07Pit  
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。 t>oM%/H  
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。 *a4 b  
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