[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。 })I_@\q  
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任务说明 DEdJH4  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 @ m' zm:  
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。 [,s{/32s  
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： /| nZ)?  
aan)yP  
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。 aP#nK  
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： q_5hKipd\b  
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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。 Ia>07av  
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光栅结构参数 %OI4}!z@l  
研究了一种矩形光栅结构。 *%[L @WF  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 S< TUZ /;  
根据上述参数选择以下光栅参数： *wSz2o),  
光栅周期：250 nm %K9 9_Cl3  
填充因子：0.5 Cb`2"mpWS  
光栅高度：200 nm cph&\ V2jt  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Q1cM{$}M  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） }^ g6Y3\  
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5<Lal^c D  
偏振态分析 4
[&L<D6h  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 Kd<c'!  
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。 T-;|E^  
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。 '@jP$6T&  
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模拟光栅的偏振态 ~8A !..Z  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： >Y3ZK{b  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 JemB[  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Vr|sRvz  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 :n%KHen3\  
\$Jz26 -n  
Passilly等人更深入的光栅案例。 2^V/>|W>w  
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。 )2&U Rt.  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 u0s25JY.%  
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qm!&(8NfK  
MBjo9P(
 
光栅结构参数 :iKk"r,2P[  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 K6..N\7  
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。 8<2 [ F  
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。 w1N-`S:  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 H N )@sLPc  
\DgWp:|  
(E*pM$   
光栅#1——参数 t,v=~LE  
假设侧壁倾斜为线性。 aRc2#:~;  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 M%aA1!@/  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Klv~#9Si  
光栅周期：250 nm 2k}8`P;  
光栅高度：660 nm Z%_m<Nf8T  
填充因子：0.75（底部） ]b&"](A  
侧壁角度：±6° S.E'fc1  
n_1：1.46 d i;Fj  
n_2：2.08 ]"T1clZKd(  
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xGBp+j1H  
P c'0.4  
光栅#1——结果 Gc1!
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这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 sX,."@[  
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。 *~b}]M700  
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光栅#2——参数 U6sPJc<  
假设光栅为矩形。 T`Jj$Lue{
 
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 HUuZ7jJwf  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 9Q.}jV  
光栅周期：250 nm :5 zXW;s  
光栅高度：490 nm [ELg:f3}5  
填充因子：0.5 o;^k"bo6  
n_1：1.46 :jP4GCxU|  
n_2：2.08 $HE ?B{  
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光栅#2——结果 q>^x,:L  
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。 4Ww.CkRG  
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。 N Dg*8i  
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