[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。 to_dNJbv  
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任务说明 b~ig$!N]  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ;)f,A)(Z  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 B;iJ$gt]  
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"Q6wdm  
OWr\$lm@z$  
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。 R%t6sbsNv  
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： #Wl9[W/4  
k'"R;^~xg  
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。 q
2Sc{E>[  
`} 'o2oZnG  
光栅结构参数 9O&MsTmg$  
研究了一种矩形光栅结构。 R4[|f0l}s  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 =`
MQKh,  
根据上述参数选择以下光栅参数： #K-O<:s=y  
光栅周期：250 nm >Wd=+$!I  
填充因子：0.5 rV%;d[LB  
光栅高度：200 nm 1D"EF  
材料n_1：熔融石英（来自目录） e9k$5ps  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 8v^AVg  
l,QO+ >)z  
PM:u~D$Jd  
@&E7Pg5  
偏振态分析 |ns9ziTDI  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 DoeE=X*`k  
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。 ]xV2=!J  
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。 \Z/0i|  
]K5j(1EN  
ll"6KI'X  
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模拟光栅的偏振态 up?S (.*B  
^!(tc=sr  
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M[   
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： WH+Sd  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 1$yS
Ii  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 TDR#'i  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 gyMy;}a  
:N4?W}r.  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Io7=Mc4  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 RL"hAUs_1  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Pf<BQ*n  
_>{"vY  
&xFs0Ri(  
~X) 1!Sr  
光栅结构参数 %SMP)4Y/R  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ARB
^]  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 eGrxS;NY  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 =~$)Ieu  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 u&Xn#fh  
7I@@}A  
2ZMVYa2%(  
光栅#1——参数 Uv:NY1(3!  
假设侧壁倾斜为线性。 R|7_iMIZ  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 A$J?-  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 2cJ3b 0Xx  
光栅周期：250 nm (Vy`u)gG  
光栅高度：660 nm 7lQ:}&  
填充因子：0.75（底部） 2C&l\16  
侧壁角度：±6° 6~8X/ -02  
n_1：1.46 9>L{K   
n_2：2.08 J35[GZ';D  
-hO[^^i9  
<:0d%YB)  
B}ASZYpW>  
光栅#1——结果 NK(; -~{P  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 u*!/J R  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 6Y=MW{=F  
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   b0Fr]oGp  
McQWZ<  
光栅#2——参数 5sF?0P;ln  
假设光栅为矩形。 7|7sA'1cM  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 JI~@H /j  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 - z"D_5  
光栅周期：250 nm 2Rs-!G<]  
光栅高度：490 nm 7`t[|o  
填充因子：0.5 !pe!Z-,  
n_1：1.46 U3ao:2zP  
n_2：2.08 =M/($PA  
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光栅#2——结果 8#
~x6\!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。 )XL}u4X  
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。 Z^vcODeC$  
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