[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。 ySPlyhGF  
qcpG}o+&D  
+aXMHT"U  
=DQdPA\K  
任务说明 QI :/,w  
{d*qlztO  
k*zc5ev}  

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简要介绍衍射效率与偏振理论 F|h,a;2  
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。 CrQA :_Z(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： `% #zMS  
w<8O=  
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。 :_
I wc=  
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： 8as$h*Wh  
5KA FUR0  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 P_^|KEz  
wj";hAw  
光栅结构参数 h!X'SGK  
研究了一种矩形光栅结构。 K2cpf  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 8)ebXc  
根据上述参数选择以下光栅参数： \M3NasZ  
光栅周期：250 nm +Y>cBSO  
填充因子：0.5 y:^>
(l#;  
光栅高度：200 nm X,C/x)  
材料n_1：熔融石英（来自目录） qQ?,|4)y  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ] _]6&PZXk  
OJC*|kN-#^  
Jte:l:yjtA  
[/#k$-  
偏振态分析 sWpRX2{5,  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 !m/Dd0  
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。 h9)]N&07b  
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。 eiNk]KXAYX  
VUg~[  
"*H'bzK  
V+"*A  
模拟光栅的偏振态 t"Vr;0!{  
;29XvhS8  
K:lT-*+S  
fv 1!^CDia  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： j8ohzX[Y  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。  xhVq  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 zLIa! -C  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 XQg%*Rw+t  
{bq-: CZe  
Passilly等人更深入的光栅案例。 >TJKH^7n  
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。 =ty@xHr  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 O]4 x;`)  
$/U^/2)  
FO3eg"{N  
9rvxp;  
光栅结构参数 ,h)T
(  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Xy(SzJ%  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 ;?L[]Ezzt  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 dxhjPS~^Q  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 qKb-aP-  
uZ39Vx  
S5[RSAbf*t  
光栅#1——参数 W;AWO0+  
假设侧壁倾斜为线性。 AB|VO4-?  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 X-) ]lAP  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 2KNKdV3NK  
光栅周期：250 nm }W>[OY0^A  
光栅高度：660 nm d}B_ll#j-  
填充因子：0.75（底部） ?0)XS<  
侧壁角度：±6° tH|Q4C  
n_1：1.46 QT&Ws+@ s{  
n_2：2.08 W/F
4wEODY  
hm} :Me$[)  
sN`o_q{Q  
ZK_@.O+]  
光栅#1——结果 >b"z`{tE  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 R(Pa Q  
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。 DP'Dg /D  
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   #WmAkzvq  
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光栅#2——参数 4a50w:Jy]  
假设光栅为矩形。 u|*|RuY  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 C-b%PgA  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ~ z&A  
光栅周期：250 nm Am`A[rV0  
光栅高度：490 nm )B5gs%u]  
填充因子：0.5 G?1V~6  
n_1：1.46 I)/7M}t`  
n_2：2.08 %oKc?'L0  
V+<AG*[  
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光栅#2——结果 v2X0Px_  
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。 8!`.%)- 4  
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。 eeTaF!W  
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