[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&B\  
abBO93f^  
QBoFpxh=  
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任务说明 F.<L> G7{1  
o~#f1$|Xn  
&|b4\uj9  
I5qM.@%zB  
简要介绍衍射效率与偏振理论 
.s2$al  
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。 ca(U!T68  
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： (ss3A9tG  
6PU/{c  
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。 II;Te7~  
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： aG(hs J)  
yl$F~e1W  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 Stxp3\jEn  
=q+R   
光栅结构参数 BFWi(58q  
研究了一种矩形光栅结构。 fG&=Ogy  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 TQf L%JT  
根据上述参数选择以下光栅参数： ^gOww6$<  
光栅周期：250 nm U\jb"  
填充因子：0.5 dv~pddOs  
光栅高度：200 nm M+poB+K.  
材料n_1：熔融石英（来自目录） mu[Op*)  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） R4{-Qv#8 q  
jvHFFSK  
iA'As%S1  
>;4!O%F  
偏振态分析 XA<ozq'  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 H(|AH;?ou  
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。 !`&\Lx_  
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。 \\:|Odd  
?59'dGnz_  
L0Y0&;y|R  
2q PhLCeZ  
模拟光栅的偏振态 E!J=8C.:  
[A5W+pDm  
4w4^yQE  
m\ S\
3n  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 7Xg?U'X  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 M;jcUX_{  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 d'"r("w#  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 *geN[[  
5u$D/* Eb  
Passilly等人更深入的光栅案例。 z.oU4c
 
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。 V`#.7uUP  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 HYCuK48F[_  
@gY\;[#.  
8(f
:U@BS  
6na^]t~ncm  
光栅结构参数 'yY>as  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 5~'IKcW<  
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。 "Sridh?  
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。 $q_R?Eay  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 W)*p2#l  
AjkW0FB:1  
}%TPYc  
光栅#1——参数 7 oQ[FdRn*  
假设侧壁倾斜为线性。 )Si2u5  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ,"\@fwy{  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 R>/NE!q  
光栅周期：250 nm (JUZCP/\  
光栅高度：660 nm mr:CuqJ  
填充因子：0.75（底部） W!T"m)S  
侧壁角度：±6° M.q=p[  
n_1：1.46 y<:<$22O  
n_2：2.08 #
_i`#d)  
!do?~$Og  
*\G)z|^yx  
p{D4"Qn+P9  
光栅#1——结果 !bnyJA  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 @-&MA
)SN  
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。 7zemr>sIh  
@? c2)0
 
   bBc[bc>R  

>&:NFq-  
光栅#2——参数 m ci/'b Xt  
假设光栅为矩形。 3qL>-%):*  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 k,yZ[n|`  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 l{j~Q^U})  
光栅周期：250 nm r|u MovnV  
光栅高度：490 nm Dd/wUP  
填充因子：0.5 'cix`l|^  
n_1：1.46 <{5EdX  
n_2：2.08 ?a(L.3E  
U1nw-Q+  
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光栅#2——结果 EJ@p-}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。 Vw||!
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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。 ~\LCvcY"X  
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