[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。 Voc&T+A m  
M;qV% k  
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任务说明 nzO
RG  
Z'z~40Bda  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 T89VSB~  
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。 oM#S
.f?  
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： gedk  
E|Z7art  
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。 Sf0[^"7  
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： 4lfJc9J  
6WnGP>tc.  
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。 ?YbZVoD)J  
kXbdR  
光栅结构参数 j>OB<4?.+  
研究了一种矩形光栅结构。 &g<`i
{_  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 T3 k#6N.  
根据上述参数选择以下光栅参数： ^@..\X9  
光栅周期：250 nm D?"TcA  
填充因子：0.5 F /:2+  
光栅高度：200 nm gJ>HFid_C  
材料n_1：熔融石英（来自目录） :j2_Jn4UP  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） #FV(a~  
vXM``|  
wc'K=;c  
d\ Z#XzI8  
偏振态分析 oxPb; %  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 @*c) s_  
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。 F-n1J?4b  
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"=XM   
oos35xV.  
h&6x.ps@  
cAc i2e  
模拟光栅的偏振态 4q<:% 0M|  
$0zH2W  
XDJQO /qN  
cNG6 A4  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： PF(P"f.?D  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 %R{clbbbn  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 t%AW0#TZ  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 /vB%gqJvX  
Do|`wpR  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ? I}T[j  
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。 :q4Mnr  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ^ffh  
LHWh-h(s  
|JL47FR  
S-h1p`  
光栅结构参数 ca_8S8lv  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 #|8!0]n'  
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。 ;.h5; `&  
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。 3;`93TO{  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 `#X{
.  
hGF(E*  
kc8T@5+I0  
光栅#1——参数 *#;rp~  
假设侧壁倾斜为线性。 YAZ=-@]`\  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 .{-8gAh  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 $hO8 S=  
光栅周期：250 nm f|FQd3o)  
光栅高度：660 nm !{SU G+.2  
填充因子：0.75（底部） Bd"7F{H  
侧壁角度：±6° MnsnW{VGX  
n_1：1.46 -zz9k=q  
n_2：2.08 zT~ GBC-IX  
i\rI j0+  
M42D5|tZc  
i4!n O
yk  
光栅#1——结果 {\ziy4<II  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 m=fmf(  
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。 S-yd-MtQp  
ld[]f*RuW  
   $YaL3n  
=W !m`  
光栅#2——参数 ASy7")5  
假设光栅为矩形。 fC%;|V'Nd  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 rf1nC$Sop  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 4'9h^C&  
光栅周期：250 nm h2aJa@;S  
光栅高度：490 nm Zml9ndzT  
填充因子：0.5 x)vYc36H  
n_1：1.46 JEBo!9  
n_2：2.08 G68N@g  
rmQGzQnun  
P!YT{}  
o`j%$K4?5  
光栅#2——结果 x'JfRz  
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。 .FHOOw1r=  
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。 :@b>,{*4zS  
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