[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。 \)e'
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任务说明 6\t@)=C,Q  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 05R@7[GWq  
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。 pfPz8L.7  
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~lb[)  
1;iUWU1@  
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。 .)3<Q}>  
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： (m$Y<{)2  
?]5qr?W%  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 OTv)  
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光栅结构参数 r_d!ikOT(  
研究了一种矩形光栅结构。 iow"n$/  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 9H~n_  
根据上述参数选择以下光栅参数： :'ptuY  
光栅周期：250 nm IGgL7^MF  
填充因子：0.5 XP}<N&j  
光栅高度：200 nm +|f@^-  
材料n_1：熔融石英（来自目录） iDD$pd,e\  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） b2*TgnRq  
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+,l-Nz  
3U}%2ARo_  
偏振态分析 xx $cnG  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ig"L\ C"
T  
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。 DfB7*+x{  
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。 ';"VDLb3  
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模拟光栅的偏振态 3XKf!P  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ;a
3}~s  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ZC8wA;
!z^  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 T{'RV0%   
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ('~LMu_  
lxi<F  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Hp?/a?\Xm  
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。 $Q0n  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 =u;MCQ[  
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>sbu<|]a 7  
光栅结构参数 JI5Dy>u:  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 s^SJY{  
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。 /RF
7j;  
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。 ce(#2o&`  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 N g,j#  
_cwpA#x`}  
K^[?O{x^B  
光栅#1——参数 adw2x pj  
假设侧壁倾斜为线性。 $!DpjN  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 11lsf/IP  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Pc9H0\+Xk  
光栅周期：250 nm @PU [:;  
光栅高度：660 nm r*Xuj=  
填充因子：0.75（底部） @pxcpXCy  
侧壁角度：±6° gZ5 |UR<  
n_1：1.46 hOeRd#AQK  
n_2：2.08 8ipez/  
r :dTz  
cnLro  
@WB@]-+J T  
光栅#1——结果 ,vDbp?)'U  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ##{taR8  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 y)*RV;^  
<uJ@:oWG7  
   ctUp=po  
Y$zSQ_k;U  
光栅#2——参数 +n)9Tz5  
假设光栅为矩形。 A=4OWV?  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 9B4&m|g  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 #1[u(<AS  
光栅周期：250 nm Je{ykL?N  
光栅高度：490 nm q:(%*sY>  
填充因子：0.5 Xeajxcop#  
n_1：1.46 ww/Uzv  
n_2：2.08 6nQq  
*](iS  
he4(hX^  
f5r0\7y0  
光栅#2——结果 M_8{]uo  
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。 g5yJfRLxp  
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。 [
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