[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。 Y+/lX6'  
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任务说明 7XyOB+aQO  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 cVq}c?  
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。 }+Vv0jX|V  
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： u&TdWZe  
2#_38=K=@  
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。 ,dd WBwMK  
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： e"+dTq8W  
[D'Gr*5~{  
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。 <2P7utdZ   
|&hU=J o  
光栅结构参数 1=Ilej1  
研究了一种矩形光栅结构。 3,.% s  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ]i8c\UV\  
根据上述参数选择以下光栅参数： M'1HA  
光栅周期：250 nm nb@"?<L!  
填充因子：0.5 27#8dV?  
光栅高度：200 nm i|\{\d  
材料n_1：熔融石英（来自目录） }&G]0hCT!  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） mT_GrIl[  
U 0ZB^`  
|tG+iF@4  
v29G:YQe  
偏振态分析 <4D%v"zRP  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 nJVp.*S  
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。 *PM}"s  
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。 R.7#zhC`4  
.T3=Eq&"W  
TvrwVL)  
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模拟光栅的偏振态 FpkXOj?*  
"]]q} O?  
O2H/rFx4  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： .u< U:*  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 p~bkf>  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 i;lE
5  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 *:arva5  
$au2%NL  
Passilly等人更深入的光栅案例。 XN;/nU  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 56s*A*z$ ;  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 /Antb6E  
/
{G/|a  
4 10:%WGc  
dB`b9)Tk0z  
光栅结构参数 KF{a$d  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 [$2qna2VP  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 >}F?<JB  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 &N{zkMf  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 D_aR\  
#,P(isEZ"  
9N}W(>  
光栅#1——参数 om7`w ]  
假设侧壁倾斜为线性。 mG}k 3e-  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 A[ 1)!e  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 +{xG<Wkltz  
光栅周期：250 nm 5<r)+?!n  
光栅高度：660 nm &PWf:y{R`  
填充因子：0.75（底部） |!5@xs*T  
侧壁角度：±6° |E|T%i^}./  
n_1：1.46 f%1wMOzx  
n_2：2.08 B*Cb6'Q  
+UaO<L  
&enlAV'#)O  
U]j&cFbn5_  
光栅#1——结果 8OBF^r44R  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 {Pvr??"r  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 36i_D6  
B'/Icg.T  
   P6E1^$e  
 . X0t"  
光栅#2——参数 G4"lZM  
假设光栅为矩形。 feg`(R2  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 (lb`#TTGx  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Hf.xd.Yw  
光栅周期：250 nm Dtt\~m;AR  
光栅高度：490 nm G,/Gq+WX  
填充因子：0.5 4I1K vN<A  
n_1：1.46 UNY@w=]<  
n_2：2.08 V*kznm  
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_"v~"k 90^  
光栅#2——结果 H>Sf[8w)%  
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。 vF+YgQ1H  
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。 zCM^r <Kr  
   g` kZT} h  
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