[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。 *\wf(o>Q  
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任务说明 (WS<6j[q  
1]jUiX=T  
z;i4F.p  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 M$LzV}k  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 q/YO5>s15  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： Jbz>j\  
7)3cq}]O  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 >5]w\^QN9_  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： o&:n>:im  
C)s*1@af  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 ,%]s:vk[u  
#9
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光栅结构参数 TsZX'Yn  
研究了一种矩形光栅结构。 DWJkN4}o  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 qT_E=)
1  
根据上述参数选择以下光栅参数： \"@`Rf   
光栅周期：250 nm e%DF9}M  
填充因子：0.5 @sb00ad2q  
光栅高度：200 nm D61e  
材料n_1：熔融石英（来自目录） m-!z(vcn  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） !' @  
4?&CK  
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?GGh )";y  
偏振态分析 zn{[]J  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 f
Yv{M;  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 !J@pox-t  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 mkmVDRK  
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模拟光栅的偏振态 Pi|oO-M  
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6hm6h7$F1  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 6ypqnOTr  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 X{riI^(  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 *:A)j?(  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 l+V5dZ8W  
}
"?KHy  
Passilly等人更深入的光栅案例。 >(HUW^T/9z  
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。 !P26$US%P  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 L:F:ZOM6`  
=<[ZFO~v  
Q-N.23\1  
&_E*]Sj\  
光栅结构参数 57b;{kl  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 YR`Mi.,Sfm  
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。 $rC
`)"t  
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。 8Lpy`
He  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ZvO:!u0+"  
9?W38EF  
a[8_O-  
光栅#1——参数 8)k.lPoo.  
假设侧壁倾斜为线性。 4[&6yHJ^  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 @*O(dw  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 %t
zz3Y  
光栅周期：250 nm b\\?aR |  
光栅高度：660 nm {:enoV"  
填充因子：0.75（底部） y!^RL,HIL  
侧壁角度：±6° ':w6{b  
n_1：1.46 c~|/,FZU'  
n_2：2.08 <`9:hPp0  
&,&oTd.  
\ca4X{x  
4"j5@bppJ  
光栅#1——结果 yK&)H+v  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 2s6Hr;^w.1  
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。 8YN+
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+o/;bm*U<K  
   q#Qr@Jf  
}%R6Su]y  
光栅#2——参数 {+t'XkA  
假设光栅为矩形。 =4MiV]  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 
5>w>J  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 O!]wJ
  
光栅周期：250 nm +V8yv-/{  
光栅高度：490 nm .+B)@?  
填充因子：0.5 3G8uXB_`}  
n_1：1.46 l>&)_:\  
n_2：2.08 oa1a5+A  
 "rjJ"u1  
n(f&uV_):  
@3S2Xb{ra1  
光栅#2——结果 ?\#4`9  
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。 %e1vq  
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。 V`WfJ>{;Z  
   +ic~Sar  
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