[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。 ;p(Doy)i  
PiX(Ase  
T,4REbm^  
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j B{X{Z  
任务说明 y(r(q  
LC/%AbM  
L<N=,~  
04E#d.o'  
简要介绍衍射效率与偏振理论 ,5|@vW2@u  
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。 4L2TsuLw  
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： 2CPh'7|l  
\//{\d  
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。 )9rJ]D^B  
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： 4V5h1/JPm  
Kx,<-]4  
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。 ?CuwA-j  
z`y^o*qc]  
光栅结构参数 OmECvL'Z  
研究了一种矩形光栅结构。 xNxSgvco,  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 oSs~*
mf  
根据上述参数选择以下光栅参数： lLL)S  
光栅周期：250 nm Jpo(O>\P  
填充因子：0.5 meyO
=>  
光栅高度：200 nm Cy\! H&0wg  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Dn.%+im-u  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） :\G`}_db'  
SfwNNX%  
)L7h:%h#  
~@VyJT%  
偏振态分析 $)M5@KT  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 \w@ "`!%  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 @avG*Mr^  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 -xU4s  
BP0*`TY  
fUS1`  
UJQGwTA W  
模拟光栅的偏振态 hW-?j&yJ?  
(wZ/I(4  
A#Jx6T`a  
kG3m1: :  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： =E-V-?N\  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 :0j_I\L  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 IX 2 dic'  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 p6W|4_a?  
nHF%PH#|o  
Passilly等人更深入的光栅案例。 >Y"Ru#Ju9  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 ]F*fQNcjy  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 UB|}+WA3  
di]TS9&9  
UrEfFtH'  
y^hCO:`l3  
光栅结构参数 #Q61c  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 F>[T)t{m=  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 c^EU&q{4  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 phqmr5s^H  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ^;a~_9 m-  
oD&axNk  
=^`?O* /;  
光栅#1——参数 4b:q84  
假设侧壁倾斜为线性。 3/0E9'  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 bGe@yXId5  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 xv>]e <":  
光栅周期：250 nm n]fMl:77  
光栅高度：660 nm {#4F}@Q  
填充因子：0.75（底部） gano>W0  
侧壁角度：±6°  &'<e9  
n_1：1.46 Vo8gLX]a  
n_2：2.08 X6SWcJtSw  
bE>"DPq  
)@[##F2  
`(o:;<&3  
光栅#1——结果 _%:$sAj  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ^n&_JQIXb  
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。 h0)Dj(C  
2c1L[]h'
 
   &Na,D7A:3I  
H[D<G9:  
光栅#2——参数 0*yD   
假设光栅为矩形。 db
`L0JB  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 r6gfxW5  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ZfP$6%;_  
光栅周期：250 nm 4Be'w`Q {  
光栅高度：490 nm u4vyj#V  
填充因子：0.5 szC<ht?z  
n_1：1.46 H?_>wQj&  
n_2：2.08 K26`wt  
8(ej]9RObU  
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光栅#2——结果 x>$e*  
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。 wGg_ vAn  
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。 Cd2A&RB  
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