[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。 >[E|p6jgT  
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任务说明 PJSDY1T  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 @gu77^='  
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。 XEgx#F ;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： dc\u$'F@S  
=Nv=Q mO  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 >H=Q$gI  
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： "t%1@b*u  
5b{yA~ty  
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。 b*6c.o  
SG+i\yu$h0  
光栅结构参数 ;I`,ZKY  
研究了一种矩形光栅结构。 c=jI.=mi3  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 *k@0:a(>  
根据上述参数选择以下光栅参数： -UD~>s  
光栅周期：250 nm m|e*Jc  
填充因子：0.5 28UL  
光栅高度：200 nm gqJEJ~  
材料n_1：熔融石英（来自目录） xj00eL  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） NbdMec  
i Ks,i9j  
/F8\%l+  
1$3XKw'  
偏振态分析 >m_p\$_  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 wTMHoU*>  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 MRVz:g\mi  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 asmW W8lz  
"6*Kgf2G  
%9-#`  
Vf,~MG  
模拟光栅的偏振态 hiK[!9r  
4f*Ua`E_  
K+\0}qn  
]\9B?W(#  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 1R+)T'in  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 M;vlQ"Yl'  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 \Zz= 4 j  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 2cX"#."5p  
M:1F@\<  
Passilly等人更深入的光栅案例。 sKG~<8M}  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 lJ>QTZH!wW  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 l"pz )$eE  
A*26'  
X5oW[  
T.m)c%]^/  
光栅结构参数 4k&O-70y4^  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 d`],l\oC  
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。 ^* /v,+01f  
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。 B 1ZHV^  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 divZJc  
 eS@!\Hx  
zs]/Y2  
光栅#1——参数 :Z]+Z_9p  
假设侧壁倾斜为线性。 cmGj0YUQ1  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 8hdAXWPn  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 5N3!!FFE  
光栅周期：250 nm SeJFZ0p  
光栅高度：660 nm 6`5 @E\"E  
填充因子：0.75（底部） t ]I(98pY  
侧壁角度：±6° ':R3._tw\  
n_1：1.46 ?o(X0  
n_2：2.08 /HJ(Wt q  
=*>4Gh i  
7%"\DLA  
:_YG/0%I  
光栅#1——结果 gc8PA_bFz  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Y/ac}q  
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。 g /@yK  
qL;T&h  
   }v$=
mLy  
n\ ',F  
光栅#2——参数 'hi\98y  
假设光栅为矩形。 F?,&y)ri  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ZYD88kQ  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 7D~O/#dcc  
光栅周期：250 nm ONe!'a0  
光栅高度：490 nm ,vdP #:  
填充因子：0.5 3w:Z
4]J  
n_1：1.46 @G$<6CG\  
n_2：2.08 \NQ)Po@z  
2:5gMt  
+=H>s;B  
GxDF7 z%&  
光栅#2——结果 ZO0]+Ko  
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。 ]3y5b9DuW  
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。 F)iGD~  
   y=qo-v59'  
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