[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。 :cF[(i/k4  
VU&7P/\f%  
U56G.  
%= fHu+  
任务说明 L&u$t}~)  
c_vqL$Dl  
xa<UM5eI  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 P} 0%-JC  
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。 2zs73:z  
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： P_*" dza  
BT}!W`  
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。 ]sE?e
zu  
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： j$?{\iXZ  
7f0lQ  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 6]W=nAD  
i*/Yz*<  
光栅结构参数 k'Sp.  
研究了一种矩形光栅结构。 ^eo|P~w g  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ^,/R
O5  
根据上述参数选择以下光栅参数： TFkZpe;  
光栅周期：250 nm `f*Q$Ulqx  
填充因子：0.5 Rb%8)t x  
光栅高度：200 nm G 8g<>d{j  
材料n_1：熔融石英（来自目录） $W!!wN=B  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） B?'#4J  
inh=WUEW  
eHn7iuS8  
SqEgn}m$  
偏振态分析 +@p% p  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 + HK8jCa  
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。 ]G5w6&d  
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。 I%sFqh>  
JM x>][xD  
}BZ"S-hZ  
Ji>o!  
模拟光栅的偏振态 :6vm+5!  
l49*<nkmq  
<<+\X:,  
3%E }JU?MM  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： $\]&rZVi  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 eYN5;bx)W  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 PIu1+k.r?  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 S|
7!{}  
q7_ m&-0)  
Passilly等人更深入的光栅案例。 a yCY~=i  
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。 ;<Ar=?  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 BK)$'AqO  
[5G6VNh=  
`$,GzS(  
Xejo_SV&?  
光栅结构参数 iOU6V  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 1FlX'[vh  
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。 8ZM&(Lz7u  
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。 pEBM3r!X  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 K{|p~B  
eJxw)zd7  
OBOtuu.  
光栅#1——参数 D^l%{IG
 
假设侧壁倾斜为线性。 g!lWu[d  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Cs9.&Y  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 W+UfGk}A  
光栅周期：250 nm iBF|&h(\  
光栅高度：660 nm sz:g,}~h  
填充因子：0.75（底部） mZSD(  
侧壁角度：±6° [@J/eWB  
n_1：1.46 A mNW0.}  
n_2：2.08 ,l!Ta"  
[fAV5U  
-I8=T]_D  
_P0T)-X\(  
光栅#1——结果 YB(Q\hT~\;  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 (7*%K&x  
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。 coW:DFX  
B8": 2HrW$  
   (gP)%  
R=gb'  
光栅#2——参数 s/$?^qtyC  
假设光栅为矩形。 c0,0`+2~  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 T ]t'39  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 f .Q\Z'S^  
光栅周期：250 nm o /j*d3  
光栅高度：490 nm 63\/ * NNB  
填充因子：0.5 &e @2  
n_1：1.46 F*IzQ(#HW  
n_2：2.08 CyS$|E  
;LcZ`1  
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"W6uV!  
光栅#2——结果 rDm~h~u5  
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。 3{'Ne}5%I  
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。 7m4ao
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