[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。 %5'6Tj  
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任务说明 Qs 2.ef?  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 Gwec
4D  
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。 Sb&lhgW]c  
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： k[|~NLB8  
{,$rkwW  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 PRu&3BP  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： -yH,5vD  
@tUoD>f  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 m\u26`M  
Q(7ob}+jQ  
光栅结构参数 1+kE!2b;b  
研究了一种矩形光栅结构。 ;@mRo`D`  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 B|=|.qp$)  
根据上述参数选择以下光栅参数： f i~I@KJ>  
光栅周期：250 nm *A}WP_ZQ  
填充因子：0.5 X JGB)3QI  
光栅高度：200 nm w`HI]{hE~N  
材料n_1：熔融石英（来自目录） f'En#-?O  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） vv0Q$ O->  
u_O# @eOc  
,?cH"@RJ  
6cS>bl  
偏振态分析 r4}*l7Q  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 9i$NhfOe  
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。 T/r#H__`  
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。 ^-)txC5{T  
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模拟光栅的偏振态 {d3<W N  
"h"NW[R  
3)Ac"nuyqH  
dE`-\J
 
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： yx{3J  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 dR^"X3$  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 G%lu28}D  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 =^DLywAh}u  
M" lg%j  
Passilly等人更深入的光栅案例。 b-5y9K  
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。 m6mwyom.  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 yzsab ^]  
e( X|3h|  
X"MU3]  
|`d0^(X  
光栅结构参数 v;1F[?@3Y  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 wE\3$ s/{D  
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。
z;\dL  
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。 W;6vpPhg#!  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 tAu4haa4;  
VR{+f7:}  
"Dcs])7Q  
光栅#1——参数 {No L  
假设侧壁倾斜为线性。 | tQ
iFC  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 cE'L% Z  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 |Hr:S":9  
光栅周期：250 nm ,"0)6=AE  
光栅高度：660 nm #K\?E.9h  
填充因子：0.75（底部） FCj{AD  
侧壁角度：±6° 3riw1
r;Q  
n_1：1.46 z&8un%Jt  
n_2：2.08 UO Ug4  
9Z"+?bv/  
IeX^4rc(  
oEz%={f  
光栅#1——结果 #V02
hs1  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 i+3fhV  
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。 Joe_PS  
SzDKByi  
   EpJ4`{4  
K0+.q?8D|  
光栅#2——参数 MTGiAFE  
假设光栅为矩形。 :wqC8&V  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 6M.;@t,Y  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 I&|f'pn^<  
光栅周期：250 nm f$HH:^#  
光栅高度：490 nm qo6y %[  
填充因子：0.5 &hIRd,1#  
n_1：1.46 <+#oBN  
n_2：2.08 _Us*+ 2(4L  
^i)hm  
i`(^[h ?;  
^E`(*J/o  
光栅#2——结果 "<+ih0Ma  
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。 X@)z8
0  
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。 RF!a//  
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