[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。 T&fqn!i  
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任务说明 jDqe)uVvtV  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 wm=!tx\`k  
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。 &CV%+  
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： F)z]QJOw  
z v*hA/  
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。 t"cGv32b  
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： Ugp[Ugr  
*&Np
;^~  
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。 ogtKj"a  
MRMswNQ  
光栅结构参数 kXFgvIpg<  
研究了一种矩形光栅结构。 \25Rq/&w  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 K@)Hm\*  
根据上述参数选择以下光栅参数： f R$E*Jd  
光栅周期：250 nm jeFX?]Q  
填充因子：0.5 :aS8%m  
光栅高度：200 nm R4.$9_ui  
材料n_1：熔融石英（来自目录） f"\G"2C  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） sgW*0o  
3xj ?}o  
]vo&NE  
5V;BimI  
偏振态分析 (RW02%`jjy  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 `md)|PSU  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 L #c*)  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 ,_ }  
F)Oe
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"#anL8  
模拟光栅的偏振态 q,w8ca4~y  
owM3Gz%?UA  
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wqEO+7)S  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 4iMo&E<  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 sOQF_X(.x  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 s tvI  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 b9b384Q1O  
kcGs2Y_*&  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ^NwXvp>7-  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 =m]|C1x  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 pxy=edd  
T
JjcX?:(  
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T1e7)  
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4Z  
光栅结构参数 ]Y@Db5S$T  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 E_k<EQ%r  
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。 mux_S2x9m\  
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。 M+4>l\  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 30cZz  
4&]Sb}  
- "`5r6  
光栅#1——参数 ,tqMMBwC~_  
假设侧壁倾斜为线性。 z !2-
U  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ;n1<1M>!  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 *q**,_?;  
光栅周期：250 nm hr9rI  
光栅高度：660 nm a k&G=a6^  
填充因子：0.75（底部） =M39I&N  
侧壁角度：±6° /BeA-\B  
n_1：1.46 G- nS0Kn:  
n_2：2.08 www#.D%'U  
"*E06=fiG  
wyG7SA  
CRXIVver  
光栅#1——结果 .&Tcds  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 oTS/z\C"<u  
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。 jFAnhbbCE  
Ed6k7  
   E&js`24 &  
N_<wiwI<  
光栅#2——参数 5MU-Eu|*>  
假设光栅为矩形。 o!bIaeEaU  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 SbrKNADH%  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 KYe@2 6   
光栅周期：250 nm V+04X
"  
光栅高度：490 nm Zw4z`x1f  
填充因子：0.5 !mX-g]4E  
n_1：1.46 '8RBR%)y  
n_2：2.08 $"#2hVO  
  %4  
v>S[}du  
B}OM:0  
光栅#2——结果 b9 Gq';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。 $eqwn&$n  
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。 y+jOk6)W75  
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