[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。 ~{tO8 ]  
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任务说明 JJ ?'<)EF  
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A1-,b.Ni  
简要介绍衍射效率与偏振理论 *c[
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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。 <tFq^qB  
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： }7 +%k/  
r8:"\%"f>  
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。 xS tsw5d  
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： n|&=6hiI  
K+!e1 '  
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。 X+N5iT  
].kj-,5>f  
光栅结构参数 7$Z_'GJ]1C  
研究了一种矩形光栅结构。 W1X3ArP]m8  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 $j\>T
@  
根据上述参数选择以下光栅参数： V~j^   
光栅周期：250 nm }bca-|N  
填充因子：0.5 # euG$(  
光栅高度：200 nm ~LpkA`Hn!  
材料n_1：熔融石英（来自目录） U|tacO5w`  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） [;Lgbgt3f  
'LPyh ;!f  
6[k<&;  
!>> A@3  
偏振态分析 FsJk"$}  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 mI,lW|/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。 e[u}Vf  
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。 v
{t pRL0  

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BYEZ[cM  
模拟光栅的偏振态 -o%? ]S  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： UzaAL9
k  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 p4f9
v:b[  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 cWx`y><  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ]VKQm(,0  
j [lS.Lb  
Passilly等人更深入的光栅案例。 }W}(k2r  
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。 HL4=P,'  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 A(E}2iP9=  
}6-olVg  
N s0,Z#Z+  
4;Ucas6  
光栅结构参数 mN]WjfII  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 #W)m({}  
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。 B;(U?gC  
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。 C_Q3
^mLx  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 CdRJ@Lf  
mbkt7. ,P  
~M^[  
光栅#1——参数 [%bGs1U  
假设侧壁倾斜为线性。 AH&RabH2  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 r6uN6XCM  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 G4SA u  
光栅周期：250 nm Fnak:R0  
光栅高度：660 nm u*2
?Gky  
填充因子：0.75（底部） 8+|W%}  
侧壁角度：±6° zw15r" R  
n_1：1.46 Vq]ixag2^  
n_2：2.08 H~s8M  
G8+&fn6  
;&6 {c  
%p
 
光栅#1——结果 5Z_C(5)/Y  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ugTsI~aE  
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。 2YZ>nqy  
QyVAs;  
   a
_P|KRl  
T}^3Re`i  
光栅#2——参数 &j1-Ouy  
假设光栅为矩形。 d"Zu10  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 v%T'!(0j/  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 :<zIWje  
光栅周期：250 nm 2
)\->$Q(H  
光栅高度：490 nm nX3?7"v  
填充因子：0.5 li3,6{S
#  
n_1：1.46 "!z
JQl@  
n_2：2.08 $k0(iFzR1  
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光栅#2——结果 1i$VX|r  
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。 1!(lpp
 
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。 *V',@NH#Os  
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