[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。 b
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任务说明 yATXN>]l  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 mhNgXp)_56  
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。 *N](Xtbj  
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： D/z*F8'c  
/g!X[rn7Q  
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。 J$(79gH{  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： JycC\s+%E  
aOEW$%  
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。 D&6.> wt .  
+X>Aj=#  
光栅结构参数 99[v/L>F  
研究了一种矩形光栅结构。 #BIY[{!  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ko~e*31_E  
根据上述参数选择以下光栅参数： {y<E_y x1  
光栅周期：250 nm ~-A"M_n ?  
填充因子：0.5 T1RICIf1F  
光栅高度：200 nm l i%8X.  
材料n_1：熔融石英（来自目录） j$k/oQ  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） F[X;A\  
x`K"1E{2  
wy""02j  
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偏振态分析 z~jk_|?|?  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 TezwcFqH  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 F&OcI.OTXF  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 WwLV^m]  
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模拟光栅的偏振态 #aadnbf  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： _2xYDi  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 :(4];Va  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 rTeADu_vf  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 w)}@svv"  
sP%J`L@h  
Passilly等人更深入的光栅案例。 e!4Kl:  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。  \>e>J\t:  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 pF:C  
DjiWg(X  
wtfM}MW\  
v3]~*\!5  
光栅结构参数 7zu3o  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 )GJlQ1x  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 XKbTjR  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 z2SR/[I?  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 XQj+]-m  
X+//$J  
<}AmzeHr+  
光栅#1——参数 ,>I_2mc  
假设侧壁倾斜为线性。 vpu
 
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 L$}'6y/@  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 C,5Erb/  
光栅周期：250 nm Cta!"=\  
光栅高度：660 nm 2Zi&=Zj"  
填充因子：0.75（底部） Y67i\U>?  
侧壁角度：±6° [&{NgUgu"  
n_1：1.46 zfUkHL6  
n_2：2.08 fq0[7Yb  
s *<T5Z  
&sS]h|2Z5  
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光栅#1——结果 7x`4P|Uu  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 f
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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。 6 ZVD<C:\  
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   V;]U]   
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光栅#2——参数 BsN~Z!kd  
假设光栅为矩形。 .n)0@X!  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 A>}]=Ii/  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 @#| R{5=+  
光栅周期：250 nm IV$2`)[A&X  
光栅高度：490 nm OY(znVHU  
填充因子：0.5 :,=Z)
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n_1：1.46 7R".$ p  
n_2：2.08 e irRAU  
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光栅#2——结果 |b)N;t  
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。 c#(&\g2H  
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。 `H\NJ,  
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