[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。
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任务说明 8kbBz  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 /+P5)q TKL  
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。 :@e\'~7sH  
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： !fZ
LQc  
8nu> gA  
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。 |uQ[W17^N  
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： RUc\u93n  
TolrEcI  
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。 Ut;'Gk  
w{P6i<J  
光栅结构参数 Z!)f*  
研究了一种矩形光栅结构。 0.(Ml5&e  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 4 m$sJ  
根据上述参数选择以下光栅参数： H /%}R  
光栅周期：250 nm k!c7a\">{  
填充因子：0.5 Qg{WMlyOP  
光栅高度：200 nm jNqVdP]d\  
材料n_1：熔融石英（来自目录） d"l}Ny)C  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） &:#A+4&  
u2,H ]-  
]c,l5u}A$  
V Qh/  
偏振态分析 aZxO/b^j  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 f@*>P_t  
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。 rBD2Si=  
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。 x!`KhTu`_A  
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u!u5g.Q  
模拟光栅的偏振态 X=#It&m%s  
x {vIT- f  
.hgH9$\  
omT(3)TP  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Wa{%0inZ  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 PuU
*vs3  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 s!i:0}U  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ] EV`dIk  
U~hCn+0  
Passilly等人更深入的光栅案例。 #\0TxG5'QA  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 Fi/jR0]e2  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ?AT(S  
6,3}/hgWJ$  
^K/G5  
`_0)
kdu  
光栅结构参数 "p`o]$Wv  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Djy
p3uUA/  
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。 m"q/,}DR  
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。 Bjtj{B  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 +yiU@K).0  
" C&x,Ic  
$oc9 |Q 7  
光栅#1——参数 BZ}`4W'  
假设侧壁倾斜为线性。 .2/,XwIr  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ?|)rv  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 dUZ$wbV%h  
光栅周期：250 nm p ^](3Vi(  
光栅高度：660 nm q1P :^<[  
填充因子：0.75（底部） nc-Qz  
侧壁角度：±6° !4_!J (q%  
n_1：1.46 vD_u[j]  
n_2：2.08 M;V&KGZ  
QW,cn7  
_J` |<}?t;  
+fPNen4E  
光栅#1——结果 |E? ,xWN  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ZHb7+  
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。 '}@e5^oL  
jm4)gmC  
   \I:UC %  
OX`?<@6  
光栅#2——参数 IC\E,m  
假设光栅为矩形。 +J%
6bn)U  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 o}d2N/T  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 d8D yv#gT  
光栅周期：250 nm cgzy0$8dj\  
光栅高度：490 nm B*32D8t`u
 
填充因子：0.5 %bEGv:88s  
n_1：1.46 >s44  
n_2：2.08 MPqY?KF  
JN-D/s  
;g&7*1E  
w4NZt|>5j;  
光栅#2——结果 mf+K{y,L  
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。 FYxUOO  
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。 5sG ]3z+1  
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ZDW,7b%U  
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