[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。 6iVxc|Ia  
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任务说明 h5*JkRm  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 2Q/x@aT,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。 M'?,] an  
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： pnl{&<$C%C  
/?uPEKr  
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/ T   
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： }"nItcp.1  
CpUkCgg  
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。 $O&b``  
$Xv*,Bq  
光栅结构参数 |s7s6k)mm  
研究了一种矩形光栅结构。 "%`1]Fr  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 >:74%D0UF  
根据上述参数选择以下光栅参数： 6KXtcXQ  
光栅周期：250 nm 5kc/Y/4o  
填充因子：0.5 ~qiJR`Jj  
光栅高度：200 nm ity & v9  
材料n_1：熔融石英（来自目录） ,Xu-@br{  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） .[]r}[lU  
Go5J%&E9  
[^WC lRF  
m|SUV  
偏振态分析 wcrCEX=I>{  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 tURu0`](  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 l.67++_  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 wT6"U$cV  
du<tGsy  
&PR5q
7  
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模拟光栅的偏振态 .p<:II:6  
[T8WThs  
u(z$fG:g  
L7n D|  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： kYzIp  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 `!obGMTQ<  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Xpr?Kgz  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 XQY#716)  
QmQ=q7  
Passilly等人更深入的光栅案例。 JA %J$d  
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。 5#HW2"7  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 tIWmp30S  
0eT(J7[ <  
JB%',J  
$h+1u$po  
光栅结构参数 OSRp0G20k\  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Y4J3-wK5  
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。 M,j U}yD3  
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
b;Vn4  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 $
iN"9N%l  
6|gCuT4  
)MtF23k)g  
光栅#1——参数 8EZ$g<}  
假设侧壁倾斜为线性。 x) ,eI'mf  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 57'*
w]4f  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 G~F b  
光栅周期：250 nm Q
7HRzA^-  
光栅高度：660 nm Uf1!qP/H?  
填充因子：0.75（底部） ~k"=4j9  
侧壁角度：±6° B al`y  
n_1：1.46 aHV;N#Lx3  
n_2：2.08 ?k+xSV  
+cJL7=V&  
6gL#C&  
cutuDZ  
光栅#1——结果 LGq'WU31:)  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 I5X|(0es  
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。 .6ylZ  
} +TORR?  
   1D7nkAy  
A
b~3{Q]#  
光栅#2——参数 4svBzZdr  
假设光栅为矩形。 XD!W: uvb  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 1rNzJ;'  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 WQx?[tW(U  
光栅周期：250 nm dph{74Dc  
光栅高度：490 nm Giid~e33  
填充因子：0.5 ;nI] !g:  
n_1：1.46 U#0Q)  
n_2：2.08 lXx=But  
EB0TTJR?#  
OsTc5K.U~  
g1;:KzVv  
光栅#2——结果 vt/x ,Y  
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。 v3*_9e  
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。 Z|&MKG24  
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272q1~&  

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