[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。 `,]Bs*~  
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任务说明 &_L%wV|[  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ]FCP|Jz  
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。 Jk*cuf`rq  
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： 5{'hsC  
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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。 .D W>c}1  
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： LO=U?`)q  
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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。 4]r_K2.cc  
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光栅结构参数 y?OP- 27y  
研究了一种矩形光栅结构。 Z1 Nep!  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 wqo:gW_  
根据上述参数选择以下光栅参数： ~/G)z?+E  
光栅周期：250 nm 
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填充因子：0.5 IQJ"B6U)  
光栅高度：200 nm E7$&:xqx  
材料n_1：熔融石英（来自目录） yX!u&  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） c9+G Qp  
*
X.1b!
 
M">v4f&K1!  
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偏振态分析 vh\i ^  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 AA5G`LiT  
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。 yV.p=8:  
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。 FW-I|kK.  
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模拟光栅的偏振态 }r,M(Zr  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： :UdW4
N-  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 W'4/cO  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 jf3Zy:*K  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 8Qg{@#Wr  
]r;rAOWVV  
Passilly等人更深入的光栅案例。 B_d\eD  
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。 =7V4{|ESfy  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 kgo#JY-4  
CE3l_[c  
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Hf('BagBL  
光栅结构参数 hJM&rM7  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 5az%yS  
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。 h@`Rk   
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。 g}%ODa !H  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 CFFb>d  
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EA~xxKq  
光栅#1——参数 -H%v6E%yh  
假设侧壁倾斜为线性。 %gmx47  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 d&^b=d FDu  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 [r`KoHwdm  
光栅周期：250 nm 1]If< <  
光栅高度：660 nm nZioFE}  
填充因子：0.75（底部） a*(Zb|g  
侧壁角度：±6° 4$R!)  
n_1：1.46 k^}[+IFJ  
n_2：2.08  /!ElAL  
Fu.aV876\f  
=b%f@x_U1  
"]"0d[d  
光栅#1——结果 I<QUvs%e  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Fizrsr 6%  
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。 \hX,z =  
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   |it*w\+M  
!EIH"`>!  
光栅#2——参数 04U|Frc  
假设光栅为矩形。 ~k34#j:J65  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 uL)MbM]  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 [6TI_U~  
光栅周期：250 nm tEL;,1  
光栅高度：490 nm j#f/M3  
填充因子：0.5 3.YH7rN  
n_1：1.46 wwl,F=| Y  
n_2：2.08 )FwOg;=3M"  
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Gxd/t#;  
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光栅#2——结果 B<s+I#  
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。 \];|$FQg  
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。 K21Xx`XK  
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