[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。 )5j%."  
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任务说明 QMfa~TH#p  
n(b(H`1n  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 DT@6Q.  
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。 G8lR_gD"!  
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}X#I'Z  
Rt<8&.m4  
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。 g(Jzu'  
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： u9FXZK7  
o~F @1  
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。 'Z+~G  
1TKOvy_  
光栅结构参数 4cql?W(D  
研究了一种矩形光栅结构。 e1X*}OI  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 "}]1OL SV  
根据上述参数选择以下光栅参数： lV-7bZ  
光栅周期：250 nm #s1O(rLRl  
填充因子：0.5 ;jTP|q?|{  
光栅高度：200 nm 9psX"*s  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Dm6}$v'0  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Ak$ghb  
]}cai1  
OCF\*Sx  
/GNRu  
偏振态分析 KD^>Vv#  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 vS:%(Y"!<  
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。 PY.c$)az>  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 l'(Cxhf.W  
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模拟光栅的偏振态
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 3mgFouX2x,  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 [K[tL|EK  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 @YP\!#"8  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 A8hj"V47  
Ix%h/=I  
Passilly等人更深入的光栅案例。 . x~tEe  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 UnZ*"%  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 7Rj!vj/  
Gu<3*@Ng  
cU5x8[2  
\0Zm
3[  
光栅结构参数 9tXLC|yl?  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 MwL' H<  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 t(CdoE,6  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 q,2]]K7y  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 =A<kDxqH  
%$I\\qq>{  
J}TS-j0  
光栅#1——参数  "=H7p3  
假设侧壁倾斜为线性。 /H@k;o  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 tsU.c"^n  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 s
'ntf  
光栅周期：250 nm ,Z#t-?  
光栅高度：660 nm Vy{=Y(cpF2  
填充因子：0.75（底部） LDW"
:k|  
侧壁角度：±6° }.4`zK&SB  
n_1：1.46 |v}"UW(y  
n_2：2.08 0[xum  
jwTb09  
Q}W6?XDu  
B>t$Z5Q^X  
光栅#1——结果 oGly|L>  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ?.IT!M}DR  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 _+%-WFS|  
4kNf4l9Y  
   `l1{BU  
"a-Ex ]  
光栅#2——参数 G|Ic6Sd  
假设光栅为矩形。 _C&2-tnp  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 "}Ch2K  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 u1ggLH!U  
光栅周期：250 nm [U]*OQH`e  
光栅高度：490 nm ?BQZ\SXU  
填充因子：0.5 q>%KIBh(  
n_1：1.46 ,`G8U/  
n_2：2.08 HW"|Hm$Y(  
/Bid:@R  
2K!3+D"  
K/+5$SjF  
光栅#2——结果 -$?xR](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。 z6B/H2  
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。 S$+vRX7  
   6/wAvPB$  
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