[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。 OZLU>LU  
z+NXD4  
eA#J7=eC  
;l5F il,3  
任务说明 +vBq,'k`  
8KT|ixs  
O\B_=KWDO  
XrtB&h|C  
简要介绍衍射效率与偏振理论 N~g'Z `  
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。 _~=X/I R  
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： +'hcFZn(T  
!2tZ@ p|  
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。 ~%k<N/B  
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： {Qg"1+hhM  
qnv9?Xh  
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。  R.*KaCA  
u0#q)L8  
光栅结构参数 RBJgQ<j8  
研究了一种矩形光栅结构。 I%b, H`  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ZVVK:dDgt  
根据上述参数选择以下光栅参数： GmPNzHDb  
光栅周期：250 nm 'X"@C;q  
填充因子：0.5 9]Uvy|  
光栅高度：200 nm I(bH.{1n7  
材料n_1：熔融石英（来自目录） [^P25K  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Fla,#uB  
ZVR0Kzu?Ra  
ul>$vUbyf  
2r,K/'  
偏振态分析 `\(Fax  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 j#9p0[  
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。 /H^=`[Mr  
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。 P+wV.pF|  
~aNK)<Fznd  
$j)Er.!9|R  
+k
d88Fx  
模拟光栅的偏振态 |/Am\tk#13  
|Xlc2?e  
Gyk>5Q}}  
nUz2~z  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ;mu9;ixZ  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 *Ny^XQ_X  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Gc<Jx|Q7  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 n1a;vE{!  
W> s@fN9  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Aj*0nV9_  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。  ^GB9!d.  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 sFC&DTb?  
bBW(# Q_a  
6I.N:)=  
K@Twiw~rB  
光栅结构参数 cwlXb!S$  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 sf2_x>U1  
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。 r3mB"("Z'  
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。 BBm.;=8@ ^  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 -P]J:7*0?\  
$M@
SZknm  
{l-,Jbfi`  
光栅#1——参数 P>z k  
假设侧壁倾斜为线性。 :=UiEDN@  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 no?TEXp*  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 @sO*O4os>  
光栅周期：250 nm JR<#el  
光栅高度：660 nm ?<YtlqL  
填充因子：0.75（底部） T?I&n[Y|  
侧壁角度：±6° !:,d^L!bh  
n_1：1.46 2^Tj7@  
n_2：2.08 {:$0j|zL1  
Wct +T,8  
Sd2R$r  
yK+76\} I  
光栅#1——结果 L%ND?'@  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ^)m]j`}IGb  
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。 y,tA~  
4xuL{z;\  
   )NGBA."t  
:c"J$wT/  
光栅#2——参数 N#Bg`:!  
假设光栅为矩形。 w1F7gd  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 `<zaxO  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 #m1e_[   
光栅周期：250 nm j01.`G7Q  
光栅高度：490 nm [-f0s;F1%  
填充因子：0.5 S3PW[R@=  
n_1：1.46 g><u(3  
n_2：2.08 ^2[0cne  
XtRfzqg?K  
j_-$xz5-  
HNxJ`x~Z~  
光栅#2——结果 BP6;dF5E  
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。 Por
BB7iL  
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。 O66\s q  
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