[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。 }>p)|YT"/  
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任务说明 VW'e&v1.  
[u-~<80  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 a?D\H5TF-  
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。 }~A-ELe:  
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： 0"<gg5  

"b} ^xy  
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。 l~uRZLx  
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： qWP1i7]=/  
w|RG  
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。 bggSYhJ?\#  
 Q.cxen  
光栅结构参数 n*-#VKK^  
研究了一种矩形光栅结构。 &#d;dcLe  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 u2!8'-Ai  
根据上述参数选择以下光栅参数： (s"_NUj6  
光栅周期：250 nm l "d&Sgnj  
填充因子：0.5 Mg;;o  
光栅高度：200 nm )6!SFj>.O  
材料n_1：熔融石英（来自目录） q4U?}=PD  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） o^>*aQ!7<D  
N\xqy-L9  
e[{LNM{/#  
M/B_-8B_D  
偏振态分析 Y6g[y\*t  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 yqB{QFXO  
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。 G19FSLrtA  
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。 {Y IVHl  
;rk}\M$+  
/e\} qq  
D./e|i?  
模拟光栅的偏振态
FUHa"$Bg  
mu:Q2t^  
5oORwOP  
A03PEaZO  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： OlV>zam  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 a0AI
q44  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Iye  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ?(ks=rRK  
lW7kBCsz#  
Passilly等人更深入的光栅案例。 8zZR%fZ  
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%#LVjf  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 )u[2TI1  
&_!BMzp4  
LfF<wDvXf  
aeP4%h  
光栅结构参数 y.mojx%?a  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 lr^-  
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。 YBg\L$|n  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 e6{/e+/R  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 \`4}h[  
"7gS*v,r  
ZXr]V'Q?  
光栅#1——参数 >-oa`im+  
假设侧壁倾斜为线性。 'v\!}6  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ^S, "iV  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 \@I.K+hj$  
光栅周期：250 nm }S%a]  
光栅高度：660 nm 0MPsF{Xw[  
填充因子：0.75（底部） r+ v
tKb  
侧壁角度：±6° in B}ydk  
n_1：1.46 +Mg^u-(A  
n_2：2.08 x6F\|nb  
=m-_0xo  
[i&
z_e)  
R2M,VK?Wx  
光栅#1——结果 zSkM8LM2  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 b8QW^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。 $\a;?>WA"  
Kji}2j'a  
   l:faI&o.@  
y@hdN=-  
光栅#2——参数 /mr&Y}7T
 
假设光栅为矩形。 }KZ/>Z;^  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 i*2z7MY  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 {\0R[+d  
光栅周期：250 nm EiT raWV"O  
光栅高度：490 nm 2|Tt3/Rn  
填充因子：0.5 R%}k52`  
n_1：1.46 oNiS"\t  
n_2：2.08 o AQ92~b  
G+5G,|}  
xD_jfAH'  
-=g`7^qa>  
光栅#2——结果 8V4Qyi|@F  
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。 gg8T],s1!a  
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~c(^.|r  
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