[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。 /bEAK-  
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任务说明 j9,P/K$:w  
s(^mZ -i  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 zVD:#d%b  
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。 nie%eC&U  
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： ]d`VT)~vje  
PX99uWx5]  
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。 `kr?j: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： kl,3IKHa  
to\Ni~a&  
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。 -DCbko  
qVPeB,kIz  
光栅结构参数 {|\.i  
研究了一种矩形光栅结构。 4~=l}H>&  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ~v83pu1!2s  
根据上述参数选择以下光栅参数： Th[dW<  
光栅周期：250 nm 66 Tpi![  
填充因子：0.5 )jC%a6G!  
光栅高度：200 nm *qMY22X  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Wvqhl 'J  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） PzGWff!*n  
>f'g0g  
hEk$d.!}  
5PW^j\G-f  
偏振态分析
6^Sa;  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 FN;^"H  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 <,(,jU)j  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 ZC}QId  
L+QLLcS~EM  
fzA9'i`  
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模拟光栅的偏振态 y?:.;%!E  
JCaOK2XT;  
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CP{cAzHO  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 3,=6@U  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ,(4K4pN  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 \4#W xZ  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 &=Wlaa/,&  
m6djeOl  
Passilly等人更深入的光栅案例。 bTu9;(  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 l+R+&b^  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 XrPfotj1  
q]M0md  
_y>~ yZx  
8*fv'  
光栅结构参数 k'"%.7$U!  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 7yba04D)
 
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。 ^I)N. 5  
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。 qv*^fiT  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 mQ=#nk$~g  
* H9 8Du  

`p7=t)5k  
光栅#1——参数 N36_C;K-z  
假设侧壁倾斜为线性。 |W\(kb+  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 u4_9)P`]0  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ${)b[22":  
光栅周期：250 nm (M ~e
?s  
光栅高度：660 nm [sb[Z:  
填充因子：0.75（底部） B+0hzkPY  
侧壁角度：±6° |&[EZ+[  
n_1：1.46
69 o7EA  
n_2：2.08 ~!3r&(  
Wr5V`sM  
->{KVPHe{  
xRsWI!d+|  
光栅#1——结果 sse.*75U  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 -S+zmo8  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 - CWywuD  
&=k,?TJO>  
   EU/8=JA1  
\r>6`-cs]  
光栅#2——参数 hiw|2Y&`  
假设光栅为矩形。 pXK^Y'2C!  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 0<B$#8  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ~3S~\0&|  
光栅周期：250 nm Q1l'7N  
光栅高度：490 nm R^e.s -  
填充因子：0.5 OaZQ7BGq  
n_1：1.46 :U(A;U1,  
n_2：2.08 XF_pN[}  
2,P^n4~A?w  
PAOJ\U  
50C  
光栅#2——结果 UEVG0q
F  
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。 -FlzEZ  
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。 14'45  
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