[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。 dLQp"vs$  

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任务说明 %to.'R  
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`U?S 9m  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 r
& RJ'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。 bq7()ocA  
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： *~`oA~-Q  
AED 9vDE  
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。 ?h7[^sxJ  
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： )W@  
z:n JN%Qb  
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。 (^=kV?<  
uxrNkZia  
光栅结构参数 ^w RD|  
研究了一种矩形光栅结构。 "MT{t><  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 (w'k\y  
根据上述参数选择以下光栅参数： .Vq_O u  
光栅周期：250 nm is-{U?-  
填充因子：0.5 M+Y^A7  
光栅高度：200 nm iL IKrU+`  
材料n_1：熔融石英（来自目录） /3vj`#jD  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） j%0g*YI  
?y{"OuRf.  
c_2kHT  
1n ZE9;o  
偏振态分析 ffQ&1T<  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 RA62Z&W3  
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。 ]_)=xF19  
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。 *!(?=9[  
)&elr,b/y  
[TpW$E0H  
w<4){.dA  
模拟光栅的偏振态 -aMwC5iR@  
]| =#FFz  
U#_rcu  
j#XU\G  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： |c>A3 P$=B  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ?9H.JR2s%  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 |7T!rnr  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 e.g$|C^$m  
o;:a6D`   
Passilly等人更深入的光栅案例。 4~r=[|(aY  
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。 KK*"s^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。 *SZ*S%oS3  
l:kF0tj"  
{GH 0 J"  
RT2a:3f  
光栅结构参数 ?G-a:'1!6  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 hMx/}Tw wt  
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。 <BN)>NqM
 
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。 ~#~Kxh  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ,Gd8 <  
J_mpI.^Bsf  
9X{aU)"omQ  
光栅#1——参数 J`3pXc$.  
假设侧壁倾斜为线性。 F;&'C$%  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 R=M${u<t  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 vi>V6IC4v  
光栅周期：250 nm qx/GioPU  
光栅高度：660 nm F3a"SKMW  
填充因子：0.75（底部） (sn|`k3I  
侧壁角度：±6° 3C8'@-U  
n_1：1.46 !-4pr[C  
n_2：2.08 I|$_[Sw  
Rf\>bI<.  
2{h9a0b  
}g _#.>D+  
光栅#1——结果 Efw/bTEg  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 an<tupi[E  
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。 Kc\0-3 Z  
EY!aiH6P  
   R16"lG  
?z60b=f8  
光栅#2——参数 4 ITSDx  
假设光栅为矩形。 #tBbvs+%  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 NzRL(A6V  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 s4}}MV3X  
光栅周期：250 nm t9x.O  
光栅高度：490 nm (F7!&]8%  
填充因子：0.5 :/Nz' n  
n_1：1.46 J]|-.Wv1  
n_2：2.08 QkzPzbF"  
82Vxk  
JX/rAnc@  
KFCzf_P!  
光栅#2——结果 )mZ`j.  
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。 ^yu^Du  
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。 `)H.TMI   
   d|6*1hby  
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+2W#=G  

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