[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。 fnL!@WF  
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g3e\'B'  
q fadsVp  
任务说明 0N_Ma')i  
(^eE8j/K  
o Ep\po1  
- Kj$A@~x  
简要介绍衍射效率与偏振理论 (aiE!c  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 eZI&d;i  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： VskyRxfdW3  
&>i+2c~  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 L a0H  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 9i,QCA  
sJt&`kZ  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 S%mN6b~{  
JAmv7GL'6  
光栅结构参数 &q``CCOF&  
研究了一种矩形光栅结构。 ra_`NsKF}  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。
XZZ Ml  
根据上述参数选择以下光栅参数： "%qGcC
8  
光栅周期：250 nm CuT[V?^iD  
填充因子：0.5 Uu }ai."iB  
光栅高度：200 nm S>*i^If  
材料n_1：熔融石英（来自目录） jW?.>(  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） SobK<6  
d[-w&[iy  
e|"`W`"-  
4q~+K'Z  
偏振态分析 fCO!M1t  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 M6pGf_qt  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 niqiDT/  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 o LuGW5wzj  
s-o0N{b?#'  
-]W AB9  
n8iejdA'  
模拟光栅的偏振态 i,<TaW*I  
+ :iNoDz  
c5R58#XK=  
BU<A+Pe>  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： uDQ d48>  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 5s;HF |2x  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Co[  r
hs  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Tx`;y|  
/NMd GKr  
Passilly等人更深入的光栅案例。 }yx'U 3  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 Ko>pwh
R}  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 JV(|7Sk  
+ [|2k(U  
g[q1P:I@W  
\iSaxwU_  
光栅结构参数 <,HdX,5  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ^qS[2Dy  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 psgXJe$  
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。 e@NS=U` <  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 T AwA)Zg  
w[~$.FM/  
E`u=$~K  
光栅#1——参数 d]0fgwwGC  
假设侧壁倾斜为线性。 |9~{&<^X  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 "_}Hzpy5k  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 tm#T8iF  
光栅周期：250 nm ]wER&/v"  
光栅高度：660 nm Do=*bZ;A  
填充因子：0.75（底部） [-{L@  
侧壁角度：±6° mI@E>VCV[  
n_1：1.46 kbM4v G  
n_2：2.08 #gUM%$  
A_CEpG]  
sn}U4=u  
%kKe"$)0  
光栅#1——结果 q,PB;TT  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。  [^8*9?i4  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 m%qah>11  
VkRvmKYl  
   Jc-0.^]E}  
h<$Vry}  
光栅#2——参数 IT'~.!o7/  
假设光栅为矩形。 \3O#H  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 \2L%%M  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 _^0yE_ili  
光栅周期：250 nm z
YbSv~)  
光栅高度：490 nm !FA^~  
填充因子：0.5 5A>W;Q\4  
n_1：1.46 J2v=b?NE  
n_2：2.08 !D7/Ja  
f:KKOLm  
lJ62[2=V  
DSM,dO'  
光栅#2——结果 05TZ  
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。 u f.Zg;Vc  
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。 |F iL1_  
   6HCP1`gg   
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