[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。
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任务说明 Y\e8oIYu7  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 v)!C Dpw  
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。 : U Yn  
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： V+Tu{fFF7E  
egd%,`  
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。 M?nYplC  
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： x,+2k6Wn!  
dB=aq34l  
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。 T+q3]&  
(c'kZ9&  
光栅结构参数 mZgYR~  
研究了一种矩形光栅结构。 S+LS!b  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 jkrv2 `"  
根据上述参数选择以下光栅参数： ;r1.Uz(  
光栅周期：250 nm W,53|9b@  
填充因子：0.5 xV}ybRKV  
光栅高度：200 nm =_@Q+N*]|(  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 6%^9`|3  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） h%0FKi^  
#A@d;U%  
zg[.Pws:E  
M#5*gWfq9  
偏振态分析 `Cv@16  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 br[n5  
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。 8euh]+  
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。 ,xzSFs>2  
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/DC\F5 G  
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模拟光栅的偏振态 w<o#/J9  
m`Dn R`+  
Cr;d !=  
B'U;i5u4'  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 7k==?,LG3  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 /iwL$xQQ  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 qbunP!  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 @:M?Re`L  
"{X_[  
Passilly等人更深入的光栅案例。 LL}b]B[  
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。 @0qDhv s  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 )h&*b9[B=  
4or8fG  
k@RIM(^t  
M?FbBJ`sF  
光栅结构参数 Q*c |!< &e  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 1}#RUqFrvS  
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。 z!0}Kj  
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。 sO;]l"{<  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 \.AI;^)X@]  
V!3.MQM  
RO9oO7S  
光栅#1——参数 MV,;l94?%=  
假设侧壁倾斜为线性。 Z^?YTykH  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 |-'.\)7:  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ` 
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光栅周期：250 nm ,TdL-a5  
光栅高度：660 nm gL-\@4\wc  
填充因子：0.75（底部） HHMv%H]M  
侧壁角度：±6° ==W`qC4n?n  
n_1：1.46 8g!C'5  
n_2：2.08 |AS`MsbI9  
(!iGQj(m  
Zt7Gf  
9tZ+?O5  
光栅#1——结果 UN"U#Si)  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 _;x7vRWmN  
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。 DX$zzf  
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   K7 N)VG  
R/UL4R,)^  
光栅#2——参数 F#az&  
假设光栅为矩形。 [L+VvO%cT  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 G'\x9%  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Q x]zz4jD  
光栅周期：250 nm nRL2Z5iO-  
光栅高度：490 nm k
l90w  
填充因子：0.5 h+!  
n_1：1.46 _);;@T  
n_2：2.08 #VA8a=t  
z#|#Cq`VG  
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~LKX2Q:S  
光栅#2——结果 CaV>\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。 3IK+&hk  
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。 @jp}WwC/  
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