[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。 ,JEbd1Uf  
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任务说明 4"vaMa  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 CZEW-PIhj  
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。 lZQ/W:OE  
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： s6}Xt=j  
sK 2 e&  
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。 e2C<PGUUB  
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： do-c1;M  
?v-1zCls  
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。  j4R 4H;  
|fHB[ W#  
光栅结构参数 ntP|\E  
研究了一种矩形光栅结构。 UHGcnz<  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 <fdPLw;@e4  
根据上述参数选择以下光栅参数： QI_59f>  
光栅周期：250 nm wVq\FY%  
填充因子：0.5 LjdYsa
i-  
光栅高度：200 nm h~7,`fo  
材料n_1：熔融石英（来自目录） "*7C`y5&P  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） *g;-H&`  
f'6|OsVQ  
1IgHc.s  
Z7jX9e"L  
偏振态分析 A7P`lJgv  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 -n*;W9  
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。 Yn9j-`  
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。 \nqo%5XL  
}xlKonk  
RH~3M0'0  
Z v0C@r  
模拟光栅的偏振态 dZGbC9  
=w<v3wWN4  
Zwe[_z!*D  
k:#6^!b1  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： s T3p
>8n  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 (3*UPZv  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 D{'#er  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ^^(<c,NX#M  
*(cU]NUH_  
Passilly等人更深入的光栅案例。 sygH1|f  
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。 WP-jtZ?!"  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 &k T"oK  
v6e%#=  
s>z2  k  
LNQSb4  
光栅结构参数 )qPSD2h  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 zzvlI66e  
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。 jnoL2JR[=-  
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。 !;>(ie\  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 # nfI%  
^ua12f  
C4$/?,K(  
光栅#1——参数 GoE#Mxhxo  
假设侧壁倾斜为线性。 |Vx~fKS\  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4Y tk!oS`  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 6T^lS^  
光栅周期：250 nm ] mj v;C  
光栅高度：660 nm u9![6$R  
填充因子：0.75（底部） WfGH|u  
侧壁角度：±6° i#,1iVSG  
n_1：1.46 um8AdiK  
n_2：2.08 /~}_hO$S  
>,h1N$A+  
zj]b&In6;  
Z|^MGyn  
光栅#1——结果 2H&{1f\Bf  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 gwQvao  
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。 Xa`(;CLW?  
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   +0pW/4x  
D6!tVdnVe  
光栅#2——参数 DY><qk  
假设光栅为矩形。 T2bnzIi  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 5_G'68;OV  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 a@|.;#FF  
光栅周期：250 nm g'G8 3F  
光栅高度：490 nm 'TEyP56  
填充因子：0.5 A9BxwQU#  
n_1：1.46 I=YCQ VvA  
n_2：2.08 Tkrx7Cs(  
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,o&<WMD  
光栅#2——结果 $T*KaX\{B  
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。 P`sN&Y~m  
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<,Y^3]6?  
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