[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。  8E.5k@  
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任务说明 _z"ci$[  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 oto wvm  
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。 =4w^)'/  
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： RfVV(X  
$ uIwRG <  
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。 6LF^[b/u  
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： C6;](rN)N  
(Db*.kd8,  
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。 :n%sU*'T  
(VF4FC  
光栅结构参数 y>pq*i  
研究了一种矩形光栅结构。 D/%b@Ls2ze  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 }IalgQ(i  
根据上述参数选择以下光栅参数： 51FK~5  
光栅周期：250 nm =+sIX3
  
填充因子：0.5 k0Vo  
光栅高度：200 nm 59%f|.Z)  
材料n_1：熔融石英（来自目录） KWuj_.;  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） TckR
_0LNV  
?T%K +  
e>i8=U`;  
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f:pG!  
偏振态分析 0z<]\a4  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 +ouy]b0`t  
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。 /{#_Um0.  
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。 q0KXuMK  
rc{[\1 -N  
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模拟光栅的偏振态 sR0e&Y  
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3lrZ-k+S{  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： k;Ny%%5  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 3~1lVU:  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 x2IU PM  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Ok{:QA~#  
2 DNzC7}e  
Passilly等人更深入的光栅案例。 *U^\Mwp  
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。 $\J9F=<a  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 \5pAG mgD  
*t-A6)2  
CR8r|+(8  
=A&*SE o5  
光栅结构参数 yp/V8C  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 1#X=&N  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 EvardUB)  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 
z o))x(  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 =&g}Y  
{O,M
}0Eg  
^HN  
光栅#1——参数 r D!.N   
假设侧壁倾斜为线性。 1AkHig,  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 `m0Uj9)#  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 M,!no  
光栅周期：250 nm F p=Q$J|  
光栅高度：660 nm WuQ<AS=
 
填充因子：0.75（底部）
3f.Gog  
侧壁角度：±6° Am`A[rV0  
n_1：1.46 )B5gs%u]  
n_2：2.08 ?)QBJ9F  
b0x0CMf  
6)2M/(  
6rCP]YnF  
光栅#1——结果 &"6ktKrIg  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 !U~#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。 v.&*z48  
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   ]f @LhC1x  
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光栅#2——参数 @
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假设光栅为矩形。 7,VWvmWJex  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 NcMq
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矩形光栅足以表示这种光栅结构。 b
2kbuk]  
光栅周期：250 nm v?=VZ~`O(  
光栅高度：490 nm N}<U[nh'  
填充因子：0.5
`V2j[Fz  
n_1：1.46 ~g6[ [  
n_2：2.08 tSLl'XeN  
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光栅#2——结果 I{ZPv"9j^  
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。 -#M~NbI,  
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。 RKb3=}
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