[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。 p[hZ@f(z  
AvdXEY(-  
rM .|1(u  
q;<h[b?  
任务说明 *pAV2V(!23  
#0ETY\}ZD  
]8Q4BW  
|+iws8xK?  
简要介绍衍射效率与偏振理论 7B!xT2{T  
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。 Sx?ua<`:d  
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： t?}zdI(4  
]z l[H7  
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。 -j73Wz  
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： |K.mP4CKY  
.WPV dwV4U  
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。 V'kX)$  
[x9KVd ^d  
光栅结构参数 IB[)TZ2m  
研究了一种矩形光栅结构。 BRlT7grgq  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 clNkph  
根据上述参数选择以下光栅参数： p?B=1vn-2  
光栅周期：250 nm vg3=8>#  
填充因子：0.5 +)y^'Qs  
光栅高度：200 nm Ag&0wN+jTM  
材料n_1：熔融石英（来自目录） a4XU?-sUh  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） xZ6~Ma2z  
i%/Jp[e\W>  
2 dAB-d:k  
?,& tNP{jq  
偏振态分析 Wn(6,MDUN  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 c2&q*]?l;  
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。 >N]7IU[-  
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。 \~fONBY  
Pb?$t  
KO]T<R h<  
~nr
K>%  
模拟光栅的偏振态 w,h`s.AN  
kdl:Wt*4o  
hS)'a^FV  
$4/yZaVb  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： my}
-s  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。
ZaL.!g  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 VxV
E  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 f6p-s y>  
hnDBFQ{  
Passilly等人更深入的光栅案例。 <$X3Hye  
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。 j!]YNH@  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 O+]Ifm[  
<Dwar>
}  
I~ok4L?VB  
E;+O($bA  
光栅结构参数 h"_MA_]~  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 i'#E)  
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。 yt.F\[1  
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(>4wK!!  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 H^s<{E0<  
Y*H|?uNF
 
Kjs.L!W
 
光栅#1——参数 %O!v"Xh  
假设侧壁倾斜为线性。 cNM3I,o7  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -(f)6a+H  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 @JyK|.b
#0  
光栅周期：250 nm aFS,GiB  
光栅高度：660 nm !*oi!ysU;O  
填充因子：0.75（底部） k +H3Bq  
侧壁角度：±6° =y0C1LD+  
n_1：1.46 ~v6OsH%vx  
n_2：2.08 a
B7+Tb  
$shoasSuI  

&(xH$htv1  
z@B=:tf  
光栅#1——结果 K95p>E`9e  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 G>1eFBh }  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 yIDD@j=l  
wPwXM!  
   kw"SwdP5  
.ys6"V|31  
光栅#2——参数 <N_+=_  
假设光栅为矩形。 8]M_z:F7F  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 )u/yF*:n  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 E )5E$  
光栅周期：250 nm S
"OR%  
光栅高度：490 nm l}]t~!X=  
填充因子：0.5 }>
VG~u8  
n_1：1.46 c6X}2a'  
n_2：2.08 M;p em<  
gG-BVl"59  
Z; A`oKd  
YN!>}  
光栅#2——结果 V&Xe!S  
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。 `"&da#N]  
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。 :k.NbN$i\  
   Db;G@#x  
A7%:05  
v(EEG/~  

shubucuo