[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。 GVmC }>z  
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任务说明 R)0N0gH
 
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简要介绍衍射效率与偏振理论 uije#cj#O  
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。 &+mV7o  
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： ~I{EE[F>qL  
2 ;JQX!  
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。 Ye9Y^+-  
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： c_ La^HS  
ShQ|{P9  
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。 |u@+`4o  
>_XOc  
光栅结构参数 "(s6aqO$  
研究了一种矩形光栅结构。 1HMUHZT  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 >T<6fpXuk2  
根据上述参数选择以下光栅参数： '.?^uM  
光栅周期：250 nm f}^I=pS&  
填充因子：0.5 ` ^DjEdUN  
光栅高度：200 nm Q,{^S,s<  
材料n_1：熔融石英（来自目录） $}t=RW  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 3Jk[/.h  
k`Nyi)AGe  
9YB2e84j  
9B /s  
偏振态分析 qu_)`wB  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 geksjVwP
H  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 93j{.0]X  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 5sCFzo<=vh  
+a%xyD:.?  
XAe\s`  
2 P=[  
模拟光栅的偏振态 pz{'1\_+9  
bmu6@jT  
L>dkrr)e  
yL6^\x  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： `ncNEHh7K  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 2nv[1@M  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 1BJ<m5/1%  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 av-#)E  
SxJ$
b  
Passilly等人更深入的光栅案例。 nZfs=@w:y  
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。 sYJL-2JX  
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 l 53 m  
yub{8f;v  
@Br {!#Wf  
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0^>#k  
光栅结构参数 XVt/qb%)r  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 O gmSQ  
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。 ,MQ
VE  
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。 4WC9US-k  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 wJe?t$ac?  
=.*98  
re^Hc(8M  
光栅#1——参数 )tS-.PrA-  
假设侧壁倾斜为线性。 kbYeV_OwM  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 rEdY>\'  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 b O=yi)  
光栅周期：250 nm Z<U>A   
光栅高度：660 nm S,''>`w  
填充因子：0.75（底部） 7{e=="#*  
侧壁角度：±6° iXFP5a>|  
n_1：1.46 }u%"$[I}  
n_2：2.08 5+- I5HX|~  
o:"anHs  
:]PM_V|  
D'b#,a;V  
光栅#1——结果 $d/&k`  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 -Fxm
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与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 9@K.cdRjQ  
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   (u hd "  
m}3gZu]  
光栅#2——参数 ('C7=u&F  
假设光栅为矩形。 e$e#NoN  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
Md,pDWb  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 t9^A(Vh"-  
光栅周期：250 nm AQss4[\Dx  
光栅高度：490 nm P:C2G(V1AR  
填充因子：0.5 AVl~{k|  
n_1：1.46 ,qQG;w,m  
n_2：2.08 t\4[``t  
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"Pz}@=  
UG;Y^?Ppe5  
光栅#2——结果 $s\UL}Gc  
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。 Nc)J18  
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。 >?lOE -}^  
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