[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。 . ;ea]_Z  

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任务说明 q
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简要介绍衍射效率与偏振理论 0@mX4
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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。 0P%|)Ae  
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： ,T21z}r  
Y=WN4w  
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。 Cf1wM:K|8  
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： pD}VB6=  
(HV~ '5D  
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。 M5ySs\O4  
Er)_[^) HG  
光栅结构参数 -RqAT1  
研究了一种矩形光栅结构。 zQ6 -2 A  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 oN6*WNtJ  
根据上述参数选择以下光栅参数： }Cq9{0by?a  
光栅周期：250 nm W|-N>,G
 
填充因子：0.5 3EW f|6RI  
光栅高度：200 nm A2O_pbQti  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Zxxy1Fl#.[  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Eztz~oFo  
M@2Qn-I  
k.%W8C<Pa  
]x(2}h^
S  
偏振态分析 m9<[bEO<$  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 LG@c)H74  
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。 LOb'<R\p  
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。 ga1gd~a  
5vh"PlK`s  
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5t5S{aCDr  
模拟光栅的偏振态 FnQ_=b  
kx:lk+Tx  
m)]fJ_  
\|>`z,;  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： n.qxxzEN  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 &F*QYz[  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 g;Sg 2  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 $8T|r+<  
5bznM[%xO  
Passilly等人更深入的光栅案例。 g /@yK  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 qL;T&h  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 G$kwc F'C  
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'hi\98y  
F?,&y)ri  
光栅结构参数 ZYD88kQ  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 7D~O/#dcc  
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。 ONe!'a0  
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。 ,vdP #:  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 wrb& ta  
Z2j*%/  
3(GrDO9^  
光栅#1——参数 .s*EV!SE  
假设侧壁倾斜为线性。 >=W#z  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 GxDF7 z%&  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 /,@v"mE7c!  
光栅周期：250 nm ]3y5b9DuW  
光栅高度：660 nm F)iGD~  
填充因子：0.75（底部） y=qo-v59'  
侧壁角度：±6° g*c\'~f;  
n_1：1.46 F#bo4'&>@  
n_2：2.08 DMxS-hl  
Di"9 M(6vf  
ST8/ ;S#c  
P$ dgO  
光栅#1——结果 pD6g+Taj  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 <^'+]?  
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。 eF;1l<<   
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光栅#2——参数 6F&]Mk]V8  
假设光栅为矩形。 2hC$"Dfp  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 KeHE\Fq^V  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 59Q Q_#>  
光栅周期：250 nm Y6%OV?}v!  
光栅高度：490 nm _ *s  
填充因子：0.5 m
;+1;B  
n_1：1.46 nzJi)A./  
n_2：2.08 K/d&c]  
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光栅#2——结果 f=O>\
 
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。 |{IU<o x  
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  
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