[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。 (f
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任务说明 l
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简要介绍衍射效率与偏振理论 c,wYXnJ_t  
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。 r8
]y1 Om<  
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： y,D@[*~Xb  
zk#NM"C+  
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。 uv&??F]/  
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： HNFG:t9  
Z>9uVBE02  
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。 i.O670D  
olHT* mr  
光栅结构参数 MM+x}g.?  
研究了一种矩形光栅结构。 . 5cL+G1k#  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 p }p@])}8  
根据上述参数选择以下光栅参数： mgODJ  
光栅周期：250 nm >M2
~BDZ  
填充因子：0.5 2 %`~DVo  
光栅高度：200 nm ^(w%m#  
材料n_1：熔融石英（来自目录） z' oK 0"  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 8[PD`*w  
#pe#(xoI  
$oPx2sb  
+-s$Htx  
偏振态分析 iZ^tLnc  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 fu=GgD*  
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。 R
]LRgfi9  
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。 /b|V=j}W  
G}|!Jdr  
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a/@F?\A  
模拟光栅的偏振态 `f|Gw5R  
_S$SL%;\  
LBcnBo</v  
)U2cS\k'7n  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 4V6^@
  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ApT
8;F B  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 GBh$nVn$  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 @zQ.d{  
$u ae8h  
Passilly等人更深入的光栅案例。 B
IW?/^  
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。 b6]MJ0do  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 vzXfJP  
>'/KOK"  
3QD+&9{D  
k=^~\$e  
光栅结构参数 {E 'go]  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 2#i*'.  
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。 uQ(C,f[6p  
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。 g,k} nkIT  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 jmE\+yz  
1M={8}3  
:l;SG=scx  
光栅#1——参数 '5usPD  
假设侧壁倾斜为线性。 i".nnAI:  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ]%Db%A
 
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ,E._A(Z  
光栅周期：250 nm "p"M9P'  
光栅高度：660 nm \nzaF4+$  
填充因子：0.75（底部） i&di}x  
侧壁角度：±6° ?=FRnpU?  
n_1：1.46 ;^"#3_7T]  
n_2：2.08 KAFx^JLo  
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Td94  
5McOSy  
;_nV*G.y#^  
光栅#1——结果 9kO}054  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 [YTOrN  
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。 ^&|KuI+u  
QnZ7e#@UP  
   `Lr I^9Z  
R'z -#*[  
光栅#2——参数 g'pB<?'E'  
假设光栅为矩形。 'CfM'f3uu  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 &F 3'tf?  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 PF+SHT'4}#  
光栅周期：250 nm LJh^-FQ  
光栅高度：490 nm ;+Sc Vz  
填充因子：0.5 +\ZaVi  
n_1：1.46 `,7;2ZG~O  
n_2：2.08 .wPu #*  
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jTh^#Q  
aj|gt  
光栅#2——结果 >39\u&)  
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。 b]oPx8*'  
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。 GEGg S&SM  
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