[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。 "R9kF-  
T@vVff  
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任务说明 k2+Z7#2n  
A,=l9hE'  
*M`[YG19!e  
RgRcW5VxK  
简要介绍衍射效率与偏振理论 5N|77AAxK  
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。 "R30oA#m  
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： }Ql;%7  
1^W Aps  
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。 3<`h/`ku  
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： bg=`   
92tb`'  
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。 <s{/ka3  
fsmH];"GD  
光栅结构参数 4%6Q+LS']Q  
研究了一种矩形光栅结构。 >C&!# 3  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ,}|V'y  
根据上述参数选择以下光栅参数： tllg$CQ5  
光栅周期：250 nm 2 rBF<z7  
填充因子：0.5 j68Gz5;j  
光栅高度：200 nm 8'quQCx*=  
材料n_1：熔融石英（来自目录） :m~lgb<  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） LaIif_fie^  
Ebk@x=
E  
%FRkvqV*  
A
P~!YwLW  
偏振态分析 Pb`sn5;  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 0y1t
%C075  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 50Jr(OeU<  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 o._^  
u}h'v&"e,  
He@= bLLa  
a3)#tt=rA  
模拟光栅的偏振态 x$
p\ocA  
l00D|W_9  
L7b{H22  
H9Z3.F(2  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： PDsLJ|:yL  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 NR [VGZj  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 R.QcXz?d  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Jzj~uz  
t.TQ@c+,J  
Passilly等人更深入的光栅案例。 QRjt.Ry|  
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。 %In"Kh*  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 WT)")0)[  
*~"`&
rM(  
CNz[@6-cYU  
=1(BKk>  
光栅结构参数 PLyu1{1"z  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 CG7LF  
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。 f:SF&t*  
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。 i@6 /#  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 @W,
Y_8:  
&Y>u2OZ  
!L_ SHlU  
光栅#1——参数 Y^G3<.B  
假设侧壁倾斜为线性。 5zGj,y>u  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 R;yAqr29  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 yKI.TR#  
光栅周期：250 nm pSP_cYa#(#  
光栅高度：660 nm bi[l,  
填充因子：0.75（底部） Ed-gYL^<  
侧壁角度：±6° ZL>V9UWN  
n_1：1.46 .R'i=D`Pz  
n_2：2.08 8GP}g?%  
g2]-Q.  
?Sqm`)\>4  
cn0Fz"d  
光栅#1——结果 75HL  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 m0"\3@kB  
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。 {;E/l(HNI  
-(.7/G'Vk>  
   /z5lxS@#  
abnd U,s  
光栅#2——参数 !;gke,fB  
假设光栅为矩形。 o;mIu#u  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Q(6(Scp{  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 t["Df;"O  
光栅周期：250 nm j1<1D@UO  
光栅高度：490 nm hl:eF:'hm  
填充因子：0.5 \sd"iMEi  
n_1：1.46 q@9i3*q;  
n_2：2.08 nS4S[|w"  
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光栅#2——结果 5KR|pFq  
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。 O:
)IRB3  
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。 &*aU2{,s,;  
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