[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 U
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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。 YomwjKyuP  
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任务说明 Z`^ K%P=  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 jQY>9+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。 "1_{c *ck  
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： Q~x*bMb.  
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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。 M|1eqR%x-?  
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： t^`<*H  
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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。 (K^YD K  
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光栅结构参数 z~GVvgd  
研究了一种矩形光栅结构。 OJnPP>  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 0*37D5jH  
根据上述参数选择以下光栅参数： \/? ! 6~  
光栅周期：250 nm $
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填充因子：0.5 tpN]evp|  
光栅高度：200 nm
=4YbVA+(  
材料n_1：熔融石英（来自目录） +J\L4ri k  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） j4.Qvj >:4  
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偏振态分析 *O2^{
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现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 trID#DT~  
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。
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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。 rU/-Wq`B  
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模拟光栅的偏振态 -~QlHp&SY  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： yb@X*PW
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在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 mafAC73  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 TMnT#ypf<5  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 I v 80,hW  
E9~&f^f  
Passilly等人更深入的光栅案例。 $i1>?pb3
 
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。 Xm_Ub>N5  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 <8F->k1"3  
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光栅结构参数 Jgi{7J  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 $g}/T_26  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 +oxqS&$L  
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。 'ugR!o1  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 brpN>\  
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光栅#1——参数 'tq\<y
 
假设侧壁倾斜为线性。 Zp% ""  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 >o=axZNa  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 D9@<#2-  
光栅周期：250 nm (AyRs7Dkn  
光栅高度：660 nm YQfZiz}Fv  
填充因子：0.75（底部） DbPBgD>Q  
侧壁角度：±6° g:@Cg.q8  
n_1：1.46 ]8q%bsl+  
n_2：2.08 J\Oc]gi\L  
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光栅#1——结果 V.E.~<7D\  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 X~<>K/}u5  
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%5 {A=  
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光栅#2——参数 7\Yq]:;O  
假设光栅为矩形。 0lJBtk9wn  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 <)0LwkFtB  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 <iY 9cV|}3  
光栅周期：250 nm SquqaX+<  
光栅高度：490 nm }gi`?58J6  
填充因子：0.5 =-a?oH-  
n_1：1.46 37<GG)  
n_2：2.08 \C'I l w  
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光栅#2——结果 _oyL*Cb  
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。 36D,el In  
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。 -^SD6l$  
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