[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。 rK;<-RE<[:  
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任务说明 L`Ys`7  
%@aC5^Ovy+  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 .A/xH x  
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。 (VCJn<@@  
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： ~EQ# %db  
zw5Ol%JF  
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。 /-^{$$eu  
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： f/.f08  
m>w{vqPwJ  
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。 l]R7A_|  
n#?y;Y\  
光栅结构参数 Mxd7X<\$  
研究了一种矩形光栅结构。 %bdBg  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 SuV3$-);z  
根据上述参数选择以下光栅参数： ?caHS2%?ae  
光栅周期：250 nm #+h#b%8  
填充因子：0.5 .k up[d(  
光栅高度：200 nm Ya<V@qd  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Y@Ry oJ  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） &(o&Y  
D^t:R?+  
I&^hG\D  
]gA2.,)}D  
偏振态分析 D~Q-:G$x  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 EuVA"~PA  
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。 '['x'G50  
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。 ]_!NmB_3  
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d,'gh4C  
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模拟光栅的偏振态 SFEDR?s  
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9*!*n ~  
*xx)j:Sc2  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： _3g!_  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 $RC)e7  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 [ 'B u  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 N
QOf\.#g  
rof9Rxxe-  
Passilly等人更深入的光栅案例。 :yw(Co]f  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 0d0ga^O  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 &g8Xjx&zj  
@!!5el {  
),%@X  
T$DFTr\\  
光栅结构参数 *
u[@C  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 NUuIhB+  
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。 W_ ;be  
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。 ).tTDZ   
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 &< FKcrZ,  
G 40  
 z'5  
光栅#1——参数 ,a0RI<D  
假设侧壁倾斜为线性。 
9zLeyw\  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {"N:2  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 @c>MROlrlF  
光栅周期：250 nm GJF ,w{J  
光栅高度：660 nm S[l z>I  
填充因子：0.75（底部） p~-)6)We?
 
侧壁角度：±6° szOa yAS  
n_1：1.46 :o:/RRp[  
n_2：2.08 vNm4xa%  
3]&le[.  
F}B2nL&  
Q:ql~qew  
光栅#1——结果 W yP]]I.
 
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 L5wFbc"u  
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。 s`]SK^j0  
vXak5iq>X  
   !xU\s'I+#  
D~2n8h"2ye  
光栅#2——参数 !|J2o8g  
假设光栅为矩形。 u3jLe=Y'\  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 K@"B^f0mU  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 qzu(4*Gk6  
光栅周期：250 nm O4^' H}*  
光栅高度：490 nm [E9_ZdBT  
填充因子：0.5 #A< |qd  
n_1：1.46 @,]$FBT"5  
n_2：2.08 GIS,EwA  
C5X!H_p  
T!1XL7  
J8&0l&~6  
光栅#2——结果 FaaxfcIfkw  
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。 E6?
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。 BMn`t@!x  
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