[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。 bKaV]Uy  
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T<=\5mn  
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任务说明 aY+>85?g  
'}Y8a$(;V  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 Y\x Xo?  
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。 ^~I  
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： J)[(4R>  
tr}$82Po  
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。 sR0nY8@F  
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： ?{dno=  
\5l}5<|  
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。 8UZEC-K  
*Ee# x!O  
光栅结构参数 ixkg,  
研究了一种矩形光栅结构。 %~[F^  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 /L8=8  
根据上述参数选择以下光栅参数： 0nuFWV  
光栅周期：250 nm [6tQv<}^
 
填充因子：0.5 Aws TDM  
光栅高度：200 nm O#|E7;  
材料n_1：熔融石英（来自目录） m1hf[cg  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 8|/YxF<  
Vqr&)i"b$  
j?(QieBH  
w$!n8Aqs  
偏振态分析 W2k~N X#@  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ,O+7nByi[V  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 RPWYm  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 ?m.4f&X  
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M@3H]t?  
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模拟光栅的偏振态  Ui.F<,E  
VQ;=-95P  
koU.`l.  
b,W'0gl  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 8K/lpqw  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 K
na'5L5"  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 5W48z%MN  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Z-?9F`}  
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RD  
Passilly等人更深入的光栅案例。 CAA~VEUL  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 Mg$Z^v|}0  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 UTt#ltun?  
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uwka 2aSS  
2o/`8+eJu  
光栅结构参数 +*q@=P,  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 on\\;V_/Q  
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。 2 *$n?  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 5dk,!Cjg  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 `vSsgG  
4@I]PG  
v#FUD-Z  
光栅#1——参数 /WfxI>v  
假设侧壁倾斜为线性。 (Wqhuw!u  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 u"jnEKN0y  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 d8#j@='a*  
光栅周期：250 nm S8
VR#  
光栅高度：660 nm ,Mc2dhq  
填充因子：0.75（底部） rWXW}Yg  
侧壁角度：±6° xTMTkVa+B  
n_1：1.46 P$Q&xN<#)  
n_2：2.08 w$4Lu"N:  
UJ[a&b  
=.a ]?&Yyh  
 P+0xi  
光栅#1——结果 `9l\~t(M  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 KF)i66  
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。 ,GIqRT4K  
&?6w2[}  
   t,,^^ll  
mtHz6+  
光栅#2——参数 U^&Cvxc[[  
假设光栅为矩形。 P1n@E*~V5  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 F948%?a  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 (SK5pU  
光栅周期：250 nm rUjr'O0  
光栅高度：490 nm r.;iO0[/  
填充因子：0.5 df& |Lc1J  
n_1：1.46 C5UDez  
n_2：2.08 8)8oR&(f  
=1\wZuK#  
C6~dN&q  
nif'l/@"  
光栅#2——结果 UAZ&*{MM^  
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。 !++62Lf  
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。 (02(:;1  
   ASw|sw  
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