[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。 .D>lv_kp  
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任务说明 462ae` 6l  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 .N+xpxdG,  
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。 /Bwea];^Q  
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： F'~/  
Vut.oB$ ~  
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。 p4AXQuOP  
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： RU>vnDaC  
%!$-N!e  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 RYhdf  
.BUl$RW|  
光栅结构参数 Sd\@Q% }o\  
研究了一种矩形光栅结构。 0$_imjZ  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Q:MsD.  
根据上述参数选择以下光栅参数： '_&(Iwu  
光栅周期：250 nm aKUr":z  
填充因子：0.5 /&|pXBY$;  
光栅高度：200 nm /g9{zR [  
材料n_1：熔融石英（来自目录）  !fV6KkV  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 
?^!dLW  
J-f0  
@}Z/{Z[@  
/uc/x+(_  
偏振态分析 &B85;  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ;VH]TKkk  
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。 @/u`7FO$&  
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。 7fEV/j  
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模拟光栅的偏振态 ri;M7rg`.{  
Ww@;9US 3  
^0 lPv!2  
iLgt_@g  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： D6oby*_w  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 I7_D $a=  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 IjRmpVcwN  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 -Mv
w'#(0  
MdjLAD)f+C  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ;X6y.1N~  
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。 F)5Aq H/p
 
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 >z -(4Z  
-}sya1(<8  
%Eh%mMb^  
*4:/<wI!  
光栅结构参数 mwCnP8:K  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Y fA\#N0;3  
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。 c]r|I%D  
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。 L _y|l5  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 b . j^US^  
oI~Qo*4eh  
XXcf!~uO  
光栅#1——参数 Umt ia~x=&  
假设侧壁倾斜为线性。 @b{u/:y  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 E<SEFn  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 z{0;%E  
光栅周期：250 nm vUs7#*  
光栅高度：660 nm yjR O9  
填充因子：0.75（底部）
(NC>[  
侧壁角度：±6° ;T+U&U0d|  
n_1：1.46 -b}S3<15@  
n_2：2.08 -\$cGIL  
D*gVS  
pe%)G6@G  
:t S"sM  
光栅#1——结果 8m6nw0  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 h}>/Z3*  
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。 JwtI(>cI  
J\$l3i/I  
   `>EvT7u  
*9ub.:EUwV  
光栅#2——参数 7B!Qq/E?g  
假设光栅为矩形。 c\{}FGC  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 p-r%MnT  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 PB67?d~  
光栅周期：250 nm g Pj0H&,.  
光栅高度：490 nm o>-v?Ug  
填充因子：0.5 ASa!y
V=g  
n_1：1.46
[(F<|f:n  
n_2：2.08 e@-Mlq)  
?67I|@^  
)9*3^v  
%N>NOk)  
光栅#2——结果 "HfU,$[  
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。 XJ~l5}y ]  
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。 x<\D@X^  
   ^MHn2Cv/~  
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