[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。 fp tIc#4  
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om>VQ3  
任务说明 1lsLG+Rpxi  
\j:AR4  
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Uuz?8/w}#  
简要介绍衍射效率与偏振理论 j-6v2MH  
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。 Z)5klg$c  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： Pt(tRHB  
}7Jp :.qk  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 i pwW%"6  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： !-ZP*V3}h  
zhjJ>d%w  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 PLdf_/]-  
?yf_Dt  
光栅结构参数 jr:drzr{I  
研究了一种矩形光栅结构。 7JS#a=D#  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 nNu[c[V  
根据上述参数选择以下光栅参数： 0$l&i=L  
光栅周期：250 nm $ hoYkA  
填充因子：0.5 j3LNnZY  
光栅高度：200 nm {zu/tCq?  
材料n_1：熔融石英（来自目录） <ZV7|'^  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 7BS/T  
'f8 p7_F  
m EFWo  
6# R;HbkO  
偏振态分析 }-dF+m:  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 3}yraX6r!  
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。 9T/<x-FD  
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。 cmae&Atotw  
ONNW.xHp  
WFXx70n  
9'l.TcVm`,  
模拟光栅的偏振态 ]Px:d+wX:  
>H8^0n)?  
>|(WS.n3C  
%$^$'6\77  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 80cm6?,xu  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 } cRi A  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 /1U,+g^O>  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ddl3fl#f  
Q:rT 9&G  
Passilly等人更深入的光栅案例。 S`fu+^cv  
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。 cz$c)It  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 <x^IwS  
Gl=@>Dc%  
G6f%/m`  
YstXNN4  
光栅结构参数 +HYN$>  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ?|\0)wrRf  
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。 aIY$5
^x  
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。 M,I68  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 k:@a[qnY  
i_'|:Uy*F  
<1v{[F_  
光栅#1——参数 }x>}:"P;W  
假设侧壁倾斜为线性。 h4B+0  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 3ZLr"O1l)  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 PpI+@:p[  
光栅周期：250 nm =lw4 H_  
光栅高度：660 nm o<9yaQ;  
填充因子：0.75（底部） Nu>sp,|A  
侧壁角度：±6° 2X qPZ]2g  
n_1：1.46 |E>v~qD8I  
n_2：2.08 =P@M&Yy'  
wR`w@5,d  
77Q4gw~2U  
My`josJ`Pb  
光栅#1——结果 :Q0?ub]  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 HPv&vdr3  
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。 9u-M! $  
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   98"z0nI%  
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光栅#2——参数 :~qtvs;{  
假设光栅为矩形。 qkZ5+2m  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 U>3%!83kF  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ,_e/a
  
光栅周期：250 nm x _YV{  
光栅高度：490 nm J%O[@jX1  
填充因子：0.5 Y'+F0IZ+  
n_1：1.46 ZIGbwL  
n_2：2.08 ZipK;!9by  
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光栅#2——结果 ?()E5 4y  
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!Pdivx  
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。 Sf.8Ibw  
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