[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。 bWe_<'N  
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任务说明 |8:IH@K*  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 \j$q';9p  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 X-$\DXRIo  
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： e~+VN4D&b>  
>cE@m=[  
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。 BnL[C:|  
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： PU\?eA  
@-ms_Z  
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。 W_sAk~uK/  
l^$8;$Rq  
光栅结构参数 |~Op|gs  
研究了一种矩形光栅结构。 b# RTHe&X  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 n:#gKR-J  
根据上述参数选择以下光栅参数： H1bPNt63  
光栅周期：250 nm 1l(_SD;90t  
填充因子：0.5 hA0g'X2eC  
光栅高度：200 nm i3s,C;7[2  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Gd]!D~[1  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） "{&?t}rj+  
Z|h&Zd1z  
Z^ e?V7q  
VX`E7Sf!}  
偏振态分析 D@]*{WO  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ,vnHEY&  
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。 _W3>Km-A=/  
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。 $<~o,e-4  
#:5vN-9?  
r/32pY  
Y~j)B\^{  
模拟光栅的偏振态 W_C#a'$  
x2KIGG^  
\+STl#3*q  
h dw~AGO#  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： KqE
5{ q  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 <![]=~z$  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 PS13h_j  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 OjUZ-_J  
n&`=.[+A  
Passilly等人更深入的光栅案例。 has \W\(  
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。 CXZO  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 5c W2  
T/A[C  
vuOixAkw  
|Zn|?#F  
光栅结构参数 p7\}X.L  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 mo$`a6[h<  
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。 }qa8
o  
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。 4}4K6y<q  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 2}ttCm  
O!3MXmaO  
^hpdre"  
光栅#1——参数 L~,x~sLd  
假设侧壁倾斜为线性。 mihR *8p  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 #-0}r  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 <Ag`pZ<s  
光栅周期：250 nm tY1M7B^~  
光栅高度：660 nm ;~2RWj=-  
填充因子：0.75（底部） e
)Be*J]4  
侧壁角度：±6° TT'sO[N[  
n_1：1.46 &<s[(w!%%  
n_2：2.08 )_|;h2I  
O e-FI+7  
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u; c)Tt  
光栅#1——结果 W!R}eLf@  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 J`&*r;""V  
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。 e~NEyS~3  
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   * mzJ)4A  
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光栅#2——参数 )&Bf%1>  
假设光栅为矩形。 .ykCmznf*  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 y@5{.jsr_  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 :{(` ;fJ  
光栅周期：250 nm U]aH4N  
光栅高度：490 nm ypCarvQT  
填充因子：0.5 baD`k?](  
n_1：1.46 x*Lm{c5+  
n_2：2.08 qqmhh_[T  
n#{z"G  
1Q&\y)@bT  
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光栅#2——结果 $IM}d"/9  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 .4jU G=  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 69z,_p$@:  
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