[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。 EhHW`  
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任务说明 }$1Aw%p^  
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ot.R Gpg%  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 C6wlRvWn  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 *!x/ia9  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： me/ae{  
7x:j4  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 0Z>oiBr4  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： parC~)b_  
]<\; -i)  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。
0-w^y<\  
1w|V'e?kb  
光栅结构参数 xn)r6  
研究了一种矩形光栅结构。 js8\"  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 =Pgu?WU@  
根据上述参数选择以下光栅参数： Eb=;D1)y]  
光栅周期：250 nm 3a#
j&]  
填充因子：0.5 n)rF!a  
光栅高度：200 nm Y4dTv<=K@i  
材料n_1：熔融石英（来自目录） bNO/CD4  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） D^H<)5d9  
Gg9NG`e6I  
7w=%aW|  
?W"9G0hTqM  
偏振态分析 yD!V;?EnK  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ()+;KF8  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 /A) v$Bv=  
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。 t#h<'?\E  
'zhw]L;'g  
^6 sT$set  
<ArP_! `3  
模拟光栅的偏振态 !j.jvI%e;  
_A.?:'-  
#/9(^6f:  
_"`U.!3*  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： kM\O2ay  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ;zO(bj>  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 =pS\gLQu  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 !&Q3>8l  
kM?p>V6  
Passilly等人更深入的光栅案例。 RKP->@Gs  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 N{G+|Wm
Q  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ~4iIG}Y<  
1H_#5hd  
<`q|6XWL  
uOrv
mb  
光栅结构参数 b
MD'teJ  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 %?EOD=e=  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 +mT}};-TS  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。
S!n 9A  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 f.=4p^  
c])b?dJ*  
BKm$H!u  
光栅#1——参数 f6Wu+~|Y  
假设侧壁倾斜为线性。 `8TM<az-L  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 soZw""|v  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 m!:7ur:Y  
光栅周期：250 nm (;a O%  
光栅高度：660 nm va8V{q@t'  
填充因子：0.75（底部） sz
wXr  
侧壁角度：±6° G1~|$X@@  
n_1：1.46 v}]x>f  
n_2：2.08 m=S[Y^tR  
<P5;8  
.>?["e#,  
zux+ooU  
光栅#1——结果 GD'C^\EaZ  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 *ma/_rjK  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 !o4xI?  
xM;gF2  
   "ngYh]Git$  
c`X'Q)c&K  
光栅#2——参数 ]+':=&+:  
假设光栅为矩形。 =tH+e7it  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 _:'m/K3Ee  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Oyq<y~}  
光栅周期：250 nm =,[46 ;q  
光栅高度：490 nm i:kWO7aP  
填充因子：0.5 P+3G*M=}  
n_1：1.46 q'hV 'U  
n_2：2.08 4'54  
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光栅#2——结果 +ZE&]
BO{  
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。 d=qpTb;(  
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。 e^XijId.  
   hCT%1R}rKr  
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