[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。 o&t*[#  
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任务说明 4-CGe  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 6`h}#@ (  
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。 l\/uXP?  
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：
a'%eyN  
B,q)<z6<  
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。 ]+k]Gbty6  
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： "X(9.6$_  
!
b"2]Qv  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 pJ3-f k"i  
4wkmgS  
光栅结构参数 oO3X>y{gN  
研究了一种矩形光栅结构。 Ueu~803~  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 qOTo p-  
根据上述参数选择以下光栅参数： !gm@QO cF  
光栅周期：250 nm i*]$_\yl"  
填充因子：0.5 ZBkbr  
光栅高度：200 nm S"cim\9xP  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Ihd{tmr<  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Pil_zQ4  
F-XL  
TFNB%|  
7Y%Si5  
偏振态分析 z41v5rB4  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。
/M@[ 8  
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。 *=}\cw\A  
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。
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b&*)C#7/T  
6zp]SPY  
"$nff=]  
模拟光栅的偏振态 :'4",  
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e&nc6  
=3Ohy,5L  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： o3X0c6u

U  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 hK UK#xx  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 1d!TU=*  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 J)EL<K$Z[  
7lx]`u>  
Passilly等人更深入的光栅案例。 '-BD.^!!  
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。 pupt__NZ)n  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 4iv&!hAc;  
#0:rBKm,  
b(Yxsy{U  
Yw6uh4  
光栅结构参数 n= q7*<l  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 R:`)*=rL%  
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。 } 4ZWAzH  
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。 z~th{4#E;  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 `|<? sjY  
< w;490g  
& h\!#X0  
光栅#1——参数 2Z-QVwa*U  
假设侧壁倾斜为线性。 X4
JSI%E  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 iB}*<~`.Eg  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 }"&Ye  
光栅周期：250 nm T930tX6"h  
光栅高度：660 nm Dqc2;>  
填充因子：0.75（底部） 9/=+2SZ  
侧壁角度：±6° WIN3*z7oW  
n_1：1.46 A*{CT>  
n_2：2.08 2;x+#D8  
A
: O"N  
BdP+>Ij  
*#1
J  
光栅#1——结果 HLCI  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 {(l,Uhxl""  
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。 M
vTp%d.  
m86ztP)  
   dwouw*8  
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光栅#2——参数 _K B%g_{  
假设光栅为矩形。 yG^pND>_df  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Hb[
P|pPT  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 X6j:TF  
光栅周期：250 nm QabLMq@n`  
光栅高度：490 nm aK8s0G!z?5  
填充因子：0.5 }lP`3e  
n_1：1.46 $WO{!R  
n_2：2.08 @SI,V8i  
2$'bOo
 
L^=G(op*  
o?^Rw*u0/  
光栅#2——结果 *;F:6p4_  
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。 AwZz}J+  
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SY YetL  
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