[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。 FtT+Q$q=  
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任务说明 67')nEQ9  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 &3'II:x(  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 :1s6h%evrT  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： mf^(Tq[  
pX*Oc6.0mu  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 7[ *,t  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： J*A<F'^F1  
7YkxIzE  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 _hM3p  
XM>ByfD{  
光栅结构参数 X#Ajt/XQ  
研究了一种矩形光栅结构。 '$UlJDZ  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 _Z@- q  
根据上述参数选择以下光栅参数： /@Y/(+DE  
光栅周期：250 nm O5LB&s  
填充因子：0.5 Ik(TII_  
光栅高度：200 nm 0r.*7aXu  
材料n_1：熔融石英（来自目录） J}nE,U
2  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 9#@dQ/
*  
hd8:|_  
q_ykB8Ensa  
w<tr<Pu'  
偏振态分析 yv[s)c}  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 d {T3  
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。 Ti=~ycwi  
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。 CT6a  
Lg sQz(-  
9=&LMjTQ  
Sz.jv#Y  
模拟光栅的偏振态 v;80RjPy>  
+79?}|  
0' @^PzX  
MrXhVZ"d*  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： U(3{6^>Gc  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 !dv  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 '@3hU|jO!  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ?*tb|AL(R  
!gWV4vC  
Passilly等人更深入的光栅案例。 w<lHY=z E  
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。 x%jJvwb^|  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 
Sdy\s5  
NgaX&m`  
pkWzaf  
`Jq ?+W  
光栅结构参数 -y1%c^36_J  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 a<B[~J4i  
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。 l23_K7  
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。 D ?1$I0=  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 .nJErC##  
-%I]Q9  
sZ/~pk  
光栅#1——参数 =cs;avtL  
假设侧壁倾斜为线性。 ]s?BwLU6  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 %K@D{)r_^  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 D0Oh,Fe#M\  
光栅周期：250 nm @kK${  
光栅高度：660 nm n4h@{Xg  
填充因子：0.75（底部） 0C#1/o)o  
侧壁角度：±6° ,[71,zs  
n_1：1.46 AkrUb$ }  
n_2：2.08 {0+gPTp  
c^S^"M|  
HF" v \  
"gADHt=MIR  
光栅#1——结果 ,3Y~ #{,i  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 .iNPLz1  
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。 n_Px=s!1p@  
4\H:^U&  
   *y9 iuJ}  
"45O!AjP  
光栅#2——参数 S0eD 2  
假设光栅为矩形。 {}H5%W  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ()6)|A<^U  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 AdxCP\S&  
光栅周期：250 nm awQf$  
光栅高度：490 nm ?dP3tLR  
填充因子：0.5 )sWdN(E3  
n_1：1.46 lG;RfDI-  
n_2：2.08 D *RF._  
dVmI.A'nbp  
Ml1yk)3G  
55)!cw4  
光栅#2——结果 Va/LMw  
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。 <"Z]S^>$  
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。 [8l;X:  
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