[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。 5~kW-x  
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ECE{xoc  
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任务说明 tnKpn-LPA  
l/y Kc8^<  
J?qcRg`1E  
]Gi+Z1q  
简要介绍衍射效率与偏振理论 hVt+%tmNy  
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\DHIzGp[  
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： nIN%<3U2  
`|ck5DZT5L  
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。 QB.*R?A  
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： e{rHO,#A>  
J*6n6  
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。 fjK]m.w  
9 FFfRIVY  
光栅结构参数 k1LtqV  
研究了一种矩形光栅结构。 `)
( <g  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 x":Bw;~  
根据上述参数选择以下光栅参数： 71n uTE%!  
光栅周期：250 nm R1b )  
填充因子：0.5 ,N@Icl  
光栅高度：200 nm #G4~]Qml  
材料n_1：熔融石英（来自目录） < 4EB|@E  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） r{6B+3J  
uYFcq  
6UzT]"LR;  
J9$]]\52s.  
偏振态分析 ;o)`9<es!2  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 n[cyK$"  
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。 PE6u8ZAb"  
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。 {p lmFV  
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}9+1<mT9a/  
U~B}vt  
模拟光栅的偏振态 uI:3$  
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I?B,rT3h  
s2' :&5(  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： yM#trqv
5  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 3 Q%k(,  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 KHs{/  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 x#e\H F  
5z(>4d!  
Passilly等人更深入的光栅案例。 1n5e^'z  
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。 4Z 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。 (+Nmio  
;x0KaFk  
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O`bT  
5SWX v+  
光栅结构参数 3=L1HZH  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 g]#zWTw(   
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。 6x3Ew2  
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。 t-|=weNy  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 [\%t<aa  
&=yqWW?  
A`U2HC   
光栅#1——参数 #uw*8&%0  
假设侧壁倾斜为线性。 )yH#*~X_  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 @j8L{FGnN  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Z a y'/b  
光栅周期：250 nm Lzx(!<v  
光栅高度：660 nm /z-C :k\  
填充因子：0.75（底部） n,'AFb4AF  
侧壁角度：±6° &I'F-F;  
n_1：1.46 #?d>S;)+  
n_2：2.08 
 SrU   
;\&bvGj8V  
(i~%4w=  
o!dkS/u-m  
光栅#1——结果 1bAp{u&  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 8; N
}d)*O  
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。 +CHO0n  
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   21
k-ob1Y  
J-{E`ibGN  
光栅#2——参数 K
Un5S&eB  
假设光栅为矩形。 |2]WA'q  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 rW>'2m6HU  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 `2U/O .rV  
光栅周期：250 nm F"0jr7  
光栅高度：490 nm RX|&cY>  
填充因子：0.5 #^[N4uV  
n_1：1.46 (%IstR|u:  
n_2：2.08 J#;m)5[ a%  
?#y<^oNM  
u=i^F|  
2"K~:Tm#w  
光栅#2——结果 G8c}re   
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。 T`DlOi]Z_  
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。 VrL>0d&d  
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