[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。 }?*$AVs2q  
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任务说明 or(P?Ro  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 e\}'i-  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 HE-ErEtGB  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： 'OU`$K7n  
*JO%.QNg  
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。 ~BgNMO;|  
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： n`D-?]*  
$\L=RU!c}  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 >0cg  
c1<jY~U  
光栅结构参数 u6 4{w,  
研究了一种矩形光栅结构。 :H/Rhx=  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 j rg B56LL  
根据上述参数选择以下光栅参数： 8Rnq &8A  
光栅周期：250 nm EQX?Zs?C  
填充因子：0.5 =c
I> {  
光栅高度：200 nm 'JJ :  
材料n_1：熔融石英（来自目录） VP^{-mDph  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） x5k6"S"1,  
5>-~!Mg1  
J"fv5{  
%Lom#:L'  
偏振态分析 B %  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 Z& bIjp  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 -ug-rdXV  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 jWK>=|)=c  
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[jTZxH<  
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模拟光栅的偏振态 ootkf=  
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mzcxq:uZ5  
Y r8gKhv W  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： yS4nB04`=  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 _r`(P#Hy  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ygxaT"3"=  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 )jMk~;'r  
3m"9
q  
Passilly等人更深入的光栅案例。 twp~#s:\z  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 RA}Y$}^#'  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Ju_(,M-Vgr  
\7Fp@ .S3  
US&:UzI.  
\j0016;  
光栅结构参数 zS `>65}e  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 O>IG7Ujl  
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。 wdRk+  
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。 uP1]EA  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 )_K:A(V>  

XXb,*u 3  
6\m'MV`R!  
光栅#1——参数 L/,M@1@R  
假设侧壁倾斜为线性。 <H|]^An!H  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 >t4<2|!(M  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 D;Y2yc[v  
光栅周期：250 nm Kp
[
5"N8  
光栅高度：660 nm H4BuxM_r  
填充因子：0.75（底部） GX N:=  
侧壁角度：±6° G.qjw]Llf  
n_1：1.46 qcfg 55]'c  
n_2：2.08 ,1i
l&  
lht :%Ts$  
on f
7V  
*-s':('R  
光栅#1——结果 :(i=> ~O  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Zc=#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。 hho\e 8  
Pa/2])w  
   SKJ'6*6  
Fb^,%K:  
光栅#2——参数 |q 0iX2W  
假设光栅为矩形。 Kj+TPqXb  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 `12Y2W 9  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 =l%|W[OO  
光栅周期：250 nm t=n
@<1d  
光栅高度：490 nm /[|A(,N}{  
填充因子：0.5 /%P,y+<}iG  
n_1：1.46 OmaG|2u  
n_2：2.08 !-8y;,P  
$3(E0\#O  
67wq8|  
D#11 N^-K  
光栅#2——结果 nc:K!7:  
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。 S,#UA%V"  
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。 ;uqi  
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