[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。 QQWadVQo  
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任务说明 /p8dZ
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ~\J}Kqg  
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。 ")d`dj\o  
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： (Jz1vEEV  
w.[ "p9tc  
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。 ~ 4kc/a  
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： Y1]n^  
EK4d_L]I  
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。 yu;P +G  
iof-7{+3_  
光栅结构参数 17`1SGZ  
研究了一种矩形光栅结构。 euC&0Ee2  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 y&V@^"`  
根据上述参数选择以下光栅参数： ZMel{w`n  
光栅周期：250 nm Z<vKQ4G  
填充因子：0.5 )ubiB^g'm  
光栅高度：200 nm HS
c~*Q  
材料n_1：熔融石英（来自目录） EM[WK+9>I{  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） u:=7l  
`\}v#2VJ
  
.>WxDQIo  
dw*_(ys  
偏振态分析 !O<)\)|g  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 b45-:mi!&#  
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。 NxsBX:XDn  
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!_C/!d  
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)r jiY%F$  
]x(!&y:h  
模拟光栅的偏振态 d>mo~  
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>s<^M|S07  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 5fd]v<  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Jcrw#l8|C  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Y2~nBb  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 tM'P m  
$xPaYf  
Passilly等人更深入的光栅案例。 oYH^_V  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 T7hcn
F$  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ?gt l)q  
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8~@c)Z;  
@eKec1<  
光栅结构参数 -C(crn  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 rE.;g^4p  
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。 W*),y:  
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。 ~E2KZm  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 Y,^@P  
$#9;)8J  
#."-#"0  
光栅#1——参数 GLeK'0Q@  
假设侧壁倾斜为线性。 Bf~vA4  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 r{L> F]Tw  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 %N>%!m  
光栅周期：250 nm #Y a4ps_  
光栅高度：660 nm CYY=R'1:G{  
填充因子：0.75（底部） _x(o*v[Pt  
侧壁角度：±6° K;?m';z0  
n_1：1.46 }HFN3cq;C  
n_2：2.08 ,9zjFI  
"Q@ronP(~  
nxnv,AZG  
QI'Oz{vE  
光栅#1——结果 EyJJ0  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 z[L8
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与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 ,St#Vla  
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   "n(hfz0y%  
#S!)JM|4wk  
光栅#2——参数 SB H(y)  
假设光栅为矩形。 yerg=,$_i  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 5\:^y'g
[  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 v&DI`xn~  
光栅周期：250 nm `{3<{wgw  
光栅高度：490 nm qr"3y  
填充因子：0.5 ;g+N&)n  
n_1：1.46 S9]'?|  
n_2：2.08 E7j(QOf  
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J\twZ>w~0  
光栅#2——结果 [%y';`( x  
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。 "l3_=Gua  
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。 pjKWtY@=X  
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