[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。 ~{G:,|`  
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任务说明 !gHWYWu)!  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 zxUj1  
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。 a BH1J]_  
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： A i){,nh`0  
8G] m7Z  
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。 ,D2_Z]  
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： *yq]  
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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。 O:tX0<6  
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光栅结构参数 X6GkJ R  
研究了一种矩形光栅结构。 ?lN8~Ze  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 n(YHk\2  
根据上述参数选择以下光栅参数： Wx)U<:^e  
光栅周期：250 nm R 0HVLQI  
填充因子：0.5 Wd56B+  
光栅高度：200 nm 3;S`
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材料n_1：熔融石英（来自目录） ZNpExfGEU  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） tlLn  
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0&IXzEOr  
uE#,c\[8  
偏振态分析 xf"5<PTW</  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 JOx,19r  
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。 s[2ZxCrCw  
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。 _s^:zPl  
#lshN,CPm  
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F0'A/T'ht  
模拟光栅的偏振态 66@3$P%1p  
tb?F}MEe  
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j-`X_8W  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： =ch Af=  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 o;4e)tK  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 t)gi.Ed1"L  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 3R%UPT0>  
UcLNMn|  
Passilly等人更深入的光栅案例。 _p J_V>l  
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。 j H.Ju|nO  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 V l~Y  
s'aV qB  
]8m_*I!  
yOUX E>-  
光栅结构参数 2@R8P~^W  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 me:|!lI7YU  
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。 {#1j"  
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。 7}'A)C>J;  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 }x?H ~QQT  
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光栅#1——参数 ~i }+P71  
假设侧壁倾斜为线性。 }>;ht5/i/  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 A!ioji+{[  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 UGmuX:@y76  
光栅周期：250 nm c/=y*2,zo  
光栅高度：660 nm 88#qu.  
填充因子：0.75（底部） uojh%@.4  
侧壁角度：±6° ^s2m\Q(  
n_1：1.46 ,zN3? /7  
n_2：2.08 jKj=#O
 
"s>fV9YyZ  
%|*nmIPq(  
(~ ]g,*+  
光栅#1——结果 xz"Z3B  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 s~Lfi.  
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。 #5y9L  
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A-a17}fta  
光栅#2——参数 8 _4l"v p  
假设光栅为矩形。 *U;4t/(  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 h"u<E\g  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 dU ,)TKQ  
光栅周期：250 nm >P\h,1  
光栅高度：490 nm .Na&I)udX.  
填充因子：0.5 Q(IJD4  
n_1：1.46 ShWHHU(QQ  
n_2：2.08 (!ZQ  
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光栅#2——结果 6_R\l@a  
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。 y@o9~?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。 W!/vm  
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