[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。 A$'rT|>se  
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任务说明 '"Dgov$q  
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6n.C!,Zmn  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 S$fCO$bU  
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。 ki_Py5  
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： Zh.9j7 >p  
|(1z ?Spbe  
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。 cd*F;h  
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： ^,Y#_$oR  
sJ/?R:  
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。 6t6#<ts  
a@WSIcX*W  
光栅结构参数 7b[vZNi_  
研究了一种矩形光栅结构。 E2{SKIUm  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ur`:wR] 2?  
根据上述参数选择以下光栅参数： >sE{c>R%  
光栅周期：250 nm -J*jW N!  
填充因子：0.5 ,a,coeL  
光栅高度：200 nm  ^'c[HVJ  
材料n_1：熔融石英（来自目录） '=vD!6=0@  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） }Pe0zx.Ge  
H23-%+*J  

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f-  
偏振态分析 m-No 8)2yA  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 "#mr?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。 PYz^9Ud 6g  
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。 {__"Z<  
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vL7JzSU_  
<$'OSN`!  
模拟光栅的偏振态 5rpTR  
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f=Rx8I  
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!+rq}  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： m[FH>  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 xTW$9>@\m  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ca1A9fvo  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。
~vIQ-|8r:  
E=Z.v  
Passilly等人更深入的光栅案例。 jn9KQe\3  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 LHb(T`.=  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 D?3^>h  
_"B5S?  
+,"/z\QO  
gUB%6vG\I  
光栅结构参数 i`R}IP?71  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 J!,<NlP0K  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 C-abc+/  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 %P2GQS-N  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ;V~[kF=t0  
4~3 N;]X  
s1xl*lKX%  
光栅#1——参数 X rVF %  
假设侧壁倾斜为线性。 O!(M:.  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 B#_<?  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 h7|#7 d  
光栅周期：250 nm 2WRa@;Tj  
光栅高度：660 nm }0Qex=vkO  
填充因子：0.75（底部） 9""e*-;Mi  
侧壁角度：±6° 0m^(|=N-  
n_1：1.46 ~e5hfZv|w  
n_2：2.08 [kIiKLX  
Gvk)H$ni  
%EuJ~;x(Mg  
Fcc\hV;  
光栅#1——结果 lU0'5!3R,  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 i"~J -{d}  
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。 |gW>D=rkj  
lr:rQw9  
   ^#T@NN0T  
#MbkU])  
光栅#2——参数 F(J6 XnQ  
假设光栅为矩形。 %- W3F5NK  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 r wtU@xsD  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 v&p|9C@  
光栅周期：250 nm 3,2|8Q,((!  
光栅高度：490 nm RCSG.*%%I  
填充因子：0.5 iX]Vkx  
n_1：1.46 IvFxI#.ju  
n_2：2.08 X\:;A{  
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光栅#2——结果 ]_6w(>A@3#  
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。 AM4lAq_  
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。 \a+.~_iL|  
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