[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。 iq$edq[  
D$g|f[l  
Y%9S4be  
n*-t =DF  
任务说明 ,2mnjq/*Z  
kYBTmz}z  
NVx`'Il8 "  
`j*&F8}  
简要介绍衍射效率与偏振理论 Ms5m.lX  
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。 dw,Nlf~*0  
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： P9Hv){z  
<N"t[N70;  
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。 }$u]aX<  
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： 
-jsNAQ  
HM%n`1ZU  
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。 5VIpA  
$
|.x!sA  
光栅结构参数 ty]JUvR@  
研究了一种矩形光栅结构。 PT4Xr=z =  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 2<}^m/}  
根据上述参数选择以下光栅参数： 3#R~>c2  
光栅周期：250 nm ]c{Zh?0  
填充因子：0.5 3/8o)9f.  
光栅高度：200 nm ]kLs2? \  
材料n_1：熔融石英（来自目录） VKy:e.  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） k$kq|  
2%0zPflT  
r$=MBeT  
`we2zT  
偏振态分析 lZCvH1&"  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 .!0),KmkK  
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。 iRo UM.%  
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。 M= !Fb  
6}mbj=E`  
p,}-8#K[  

& Sy0Of  
模拟光栅的偏振态 `L`*jA+_  
9 m&"x/k  
Acr\2!))  
9,Zg'4",d  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： x P{L%.  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 #C,M8~Q7  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 `Bx3grZ 7&  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ug[|'tR8  
{55{YDqx  
Passilly等人更深入的光栅案例。 /_v5B>  
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。 {U(-cdU{e`  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 _Hi;Y  
T8>:@EL-k  
.6SdSB^M  
W3*BdpTw  
光栅结构参数 7a0ZI  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 [CBA Lj5  
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。 c#nFm&}dm  
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。 `;WiTE)&)  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 Nkn0G_  
I<|)uK7  
QE}S5#_"  
光栅#1——参数 3;~1rw=$<  
假设侧壁倾斜为线性。 *MW)APw=  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 .g DWv  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 X!&DKE  
光栅周期：250 nm ,e( |,u  
光栅高度：660 nm 85Q2c  
填充因子：0.75（底部） ~\4l*$3(^  
侧壁角度：±6° LtbL[z>]  
n_1：1.46 l_iucN  
n_2：2.08 4>>{}c!nf  
WK0?$[|=r  
A=!&2(  
3 8pw  
光栅#1——结果 v 2k/tT$t  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ^Tc&?\3  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 G U~?S'{  
(f5!36mz  
   OP]=MZP|  
A?|KA<&m#u  
光栅#2——参数 ?l`DkUo*j  
假设光栅为矩形。 5^cPG" 4@  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 6@g2v^ %  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 4ao oBY$  
光栅周期：250 nm D/:~#)  
光栅高度：490 nm *$/7;CLq  
填充因子：0.5 YNc%[S[u^1  
n_1：1.46 En8-Hc#NC  
n_2：2.08 6:>4}WOP  
9vCn^G%B  
l@Ma{*s6=5  
,,mkB6;  
光栅#2——结果 'IP'g,o++  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 yk!,{Q?<$  
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。 OJ8W'"`L&  
   Gv>,Ad
ka  
$5r[YdnY<  
| ctGxS9  

shubucuo