[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。 Sggl*V/q  
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任务说明 I!Mkss xc  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 K3h"oVn  
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。 M1T.  
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： L+eK)Q  
87m`K Str7  
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。 IkxoW:L  
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： FlY"OU*  
1QnaZhu'  
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。 d(Hqj#`-31  
"-j96 KD  
光栅结构参数 sbFIKq]  
研究了一种矩形光栅结构。 T0.sL9  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ooP{Q r  
根据上述参数选择以下光栅参数： D&pX0  
光栅周期：250 nm @\M^Zuo  
填充因子：0.5 ;jO+<~YP!  
光栅高度：200 nm /!y;h-  
材料n_1：熔融石英（来自目录） MBnxF^c&P  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） `:jF%3ks+0  
N/<c;"o  
7#X`D  
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偏振态分析 UUa@7|x  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 2izBB,# "  
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。 ln":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。 hlz/TIP^N3  
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+_QcLuV,  
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模拟光栅的偏振态 7]i6 Gk  
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`B,R+==G:  
Ekh)l0 l  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： S,f#g?V  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 /ge
x0w  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 H+@?K6{h  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 DF-.|-^9I  
Xg\unUHa  
Passilly等人更深入的光栅案例。 %?F$3YN,  
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。 6&L;Sw#Dg  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 $vn)(zn
+  
y{~tMpo<  
6E(..fo:"  
JNP6qM  
光栅结构参数 oZdY0nh4  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 lhf5[Rp  
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。 gA3f@7}d  
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。 dP>FXgY  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 D=Yr/qc?  
7Jz9%iP  
KP$AT}D  
光栅#1——参数 +At0V(  
假设侧壁倾斜为线性。 n-,mC/4  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 P\QbMj1U  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 OI3j!L2f  
光栅周期：250 nm a=vH:D  
光栅高度：660 nm i CB:p  
填充因子：0.75（底部） vj]h[=:  
侧壁角度：±6° }([}A`@  
n_1：1.46 &5[+p{2  
n_2：2.08 g`tV^b")  
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光栅#1——结果 :h!'\9  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。  .C5JQO  
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。 TefPxvd  
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   02,.UqCz  
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光栅#2——参数 C@<gCMj,"  
假设光栅为矩形。 A5]yC\*zt  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 oq|`;k   
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 8!@}\6qM  
光栅周期：250 nm d>Nh<PqH6  
光栅高度：490 nm |ZXz&Xor  
填充因子：0.5 IYH4@v/#  
n_1：1.46 sYvlf0  
n_2：2.08 Q}a(vlZ  
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光栅#2——结果 j |o&T41  
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。 @O-\s 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。 " SP6o  
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