[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。 ?V(^YFzZ  
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任务说明 3)Ac"nuyqH  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ?*"srE,#JX  
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。 W !}{$  
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： }CGSEr4'w~  
95W?{> @  
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。 ~g;   
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： K{fsn4rk  
LaMLv<)k  
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。
"B7`'jz  
xJ8%<RR!t  
光栅结构参数 9nSWE W  
研究了一种矩形光栅结构。 T(?HMyg3  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 v4/-b4ET  
根据上述参数选择以下光栅参数： C#pZw[  
光栅周期：250 nm TCKu,}s  
填充因子：0.5 Rf-
[svA  
光栅高度：200 nm =}!Mf'  
材料n_1：熔融石英（来自目录） tiPa6tQ  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ecJ6  
*LC+ PZV@  
&[mZD,  
Y.#:HRtg
W  
偏振态分析 F/d7q%I  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 6vKS".4C  
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。 ,"0)6=AE  
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。 #K\?E.9h  
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VZn=rw  
模拟光栅的偏振态 07g':QU@
 
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FyoEQ%.bI  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： a&{X!:X  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 <+j)P4O4  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 U5HKRO  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 -Ng'<7  
hg@}@Wq\)  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ,B}I?vN.  
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。 zLw{ {|  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Q;Wj?8}  
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YV4#%I!<  
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光栅结构参数 2I1uX&g  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 zQ6p+R7D  
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。 %6%<?jZ  
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。 `fXyWrz-k  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 )3<:tV8  
w2O!M!1  
Z
Sy?T  
光栅#1——参数 2L_6x<u'  
假设侧壁倾斜为线性。 AwUi+|7r])  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 3VnQnd E  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 gwd (N  
光栅周期：250 nm RPnRVJ&"Z  
光栅高度：660 nm d'6|:z9c  
填充因子：0.75（底部） ma$Prd  
侧壁角度：±6° nz1'?_5  
n_1：1.46 #3=P4FUz.  
n_2：2.08 2f`nMW  
DmVP  
}ov&.,vQ  
2 !" XzdD  
光栅#1——结果 KfCoe[Vv  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 &5{xXWJK  
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@>JZC  
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   6pOx'u>h+  
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光栅#2——参数 5m:i6,4  
假设光栅为矩形。 gnp~OVDqfL  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 <mMTD8Sx]  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 V}o n|A  
光栅周期：250 nm 2O"P
2(1}v  
光栅高度：490 nm Do%-B1{ri  
填充因子：0.5 IL/Yc1  
n_1：1.46 %owsBO+  
n_2：2.08 /"H`.LD.?  
)Rat0$6  
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kPBV6+d~  
光栅#2——结果 L\{IljA  
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。 Cd79 tu|  
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。 d%I"/8-J  
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