[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。 tLzX L*  
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任务说明 YdI&OzaroE  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 Qs^RhF\d  
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。 I>jDM  
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： R3dCw:\O+Z  
J
:q:g*Wi  
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。 -brn&1oJ  
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： q["T6  
e
{dYLQd  
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。 sBo|e]m#  
v_zVhEtY  
光栅结构参数 dt efDsK  
研究了一种矩形光栅结构。 dIUg e`O9  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 eI 6G  
根据上述参数选择以下光栅参数： t*&O*T+fgy  
光栅周期：250 nm /4R|QD  
填充因子：0.5 :]viLw\&g  
光栅高度：200 nm $ 4& )  
材料n_1：熔融石英（来自目录） -Xw i}/OX  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） lR9~LNK?  
T%\f$jh6  
C(^IX"9 #  
jo-qP4w  
偏振态分析 Ba9le|c5  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 mR3km1T  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 wV9[Jl\Z  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 {y[T3(tt  
&D|wc4+  
%e@Jc3  
sKkk+-J4  
模拟光栅的偏振态 /puM3ZN  
{=Y.Z1E:  
Y-.pslg  
nEZoF  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： (oYM}#Q  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 },2mIit(  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 !]
W}I  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Ier0F7]I  
d0`5zd@S  
Passilly等人更深入的光栅案例。 >|Hd*pg))  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 Wa8?o~0"L  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 O=HT3gp&  
;n9r;$!f  
drJ<&1O  
=]OG5b_-Y  
光栅结构参数 gU
oL8~  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 %D(% lh2  
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。 `[.':"~2N  
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。 B/(]AWi+  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 \&&jzU2  
RaS7IL:e  
a-t}L{~  
光栅#1——参数 -m&8SN  
假设侧壁倾斜为线性。 QsaaA MGY  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 e7j30Iy  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 $6ZO V/0  
光栅周期：250 nm O6LuFT.  
光栅高度：660 nm #gw ys  
填充因子：0.75（底部） -`mHb  
侧壁角度：±6° uqhNi!;  
n_1：1.46 -NG`mfu  
n_2：2.08 m17H#!`  
A
'Q nL  
_?M71>3$.  
g,5r)FU`  
光栅#1——结果 >-s\$8En'  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 n$*'J9W~  
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。 7R 40t3  
6#/Riu%  
   Ip/_uDi+!Z  
a'LM6A8~x  
光栅#2——参数 ,FvBZ.4c3=  
假设光栅为矩形。 !N4?>[E  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4uW}.7
R'  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。
=R08B)yR  
光栅周期：250 nm DK/xHIv8-  
光栅高度：490 nm A9_)
}  
填充因子：0.5 ]%yph3C  
n_1：1.46 oC]|ARgQk|  
n_2：2.08
`TM[7'  
N7=L^]  
]j.??'+rg  
kI>Iq Q-h  
光栅#2——结果 ncEOz1u  
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。 QU/Q5k  
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。 yq{k:)  
   b(lC7Xm  
>&0)d7Nu8m  
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