[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。 5a`
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任务说明 {aq9i  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 {eZ{]  
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。 _]>JB0IY  
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： C*~aSl7  
f4t.f*#  
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。 !>.vh]8g  
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： a' FN 3  
y=N"=Z  
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。 qt?*MyfV  
}7/e8 O2  
光栅结构参数 7qIB7_K5  
研究了一种矩形光栅结构。  $g8}^1  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 m\0cE1fir  
根据上述参数选择以下光栅参数： *YV S|6bs  
光栅周期：250 nm D0bnN1VP  
填充因子：0.5 x"B'zP  
光栅高度：200 nm 4*H"Z(HP  
材料n_1：熔融石英（来自目录） kyUl{Zj
 
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Buc_9Kzw<+  
o+?@5zw-&  
mf$j03tu  
je%M AgW`  
偏振态分析 u=K2Q4  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 `iixq9xi  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 VV3}]GjC  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 '5.\#=S1  
E,"&-`/2v  
D_D,t8_Y  
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模拟光栅的偏振态 :h5J r8  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 5~VosUpe7  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 z/|BH^V
w  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 nfE@R."A  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 SG]
K  
D'i6",Z>  
Passilly等人更深入的光栅案例。 'p}`i/  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 05e>\}{0  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 vgG}d8MW37  
=Viy^ieN$  
`lCuU~~ag  
H'Qo\L4H  
光栅结构参数 00<{:  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 &d^=siL  
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。 W'$kZ/%[  
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。 HYClm|   
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。
i57( $1.  
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光栅#1——参数 Y`li> .\  
假设侧壁倾斜为线性。 *@M3p}',M  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 McP.9v}H0_  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 s (PY/{8  
光栅周期：250 nm X#J6Umutm  
光栅高度：660 nm 1i-[+  
填充因子：0.75（底部） ,b.n{91[]x  
侧壁角度：±6° {*xBm#  
n_1：1.46 ;h=S7M9.  
n_2：2.08 2P}I'4C-  
PZOORjF8A  
I,P!@  
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Z )m  
光栅#1——结果 $Z6D:"K  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 &HF]\`RNr  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 /~hbOs/ L  
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   [b1hC ~I;  
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光栅#2——参数 ,U=E[X=
H  
假设光栅为矩形。 c E76L%O  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 2ksA.,UB^9  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 j jY{Uq  
光栅周期：250 nm &oN/_7y  
光栅高度：490 nm n7iE8SK|k  
填充因子：0.5 &o.iUk  
n_1：1.46 -Bv12ymLG  
n_2：2.08 ,)$Wm-  
Mq+<mX7  
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光栅#2——结果 -Enbcz(B  
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。 VkXn8J  
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。 q$>_WF#||  
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