[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。 <(@m913|  
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任务说明 4( ^Ht  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 o& $Fc8bH  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 OYNs1yB  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： UG48g}  
M_UhFY='  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 +&-/$\"  
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： S1;#58  
PS!f&IY}[.  
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。 _i6G)u&N  
D`r:`  
光栅结构参数 8TC%]SvYim  
研究了一种矩形光栅结构。 I`E9]b(w  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 .v0.wG  
根据上述参数选择以下光栅参数： g5X+iV  
光栅周期：250 nm m_Z%[@L  
填充因子：0.5 3(}HD*{E[@  
光栅高度：200 nm &FIPEe#n  
材料n_1：熔融石英（来自目录） GZ UDI#  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） S#_i<u$$  
JTQ$p*2]  
:kflq  
{Qg"1+hhM  
偏振态分析 &T}~h^/t  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 7oh6G  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 "f(iQI  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 \qi=Us|=  
>j_,3{eJ  
n4qj"xQ  
6}n>Nb;L"  
模拟光栅的偏振态 +KrV!Taf  
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kdITh9nx<r  
D%Hz'G0|  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 2zh?]if  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 QrHI}r  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 S3`zB?7,  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 G?8LYg!-  
{Z3B#,V(g  
Passilly等人更深入的光栅案例。 7?qRY9Qu  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 iO,0Sb <y  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 =sPY+~<o  
Wb68")$  
QR
Oe
+:  
%f#3;tpC8  
光栅结构参数 e$45OL  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 q4|TwRx
~  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 @w[WG:-+  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 +D*b!5[  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 q!$?G]-%  
wtndXhVC4>  
LwZBM
#_g  
光栅#1——参数 ,Si\ky7L  
假设侧壁倾斜为线性。 ` Cdk b5  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 kb Fr  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 fF;Oz"I{\  
光栅周期：250 nm -z-58FLlO  
光栅高度：660 nm k 9R_27F  
填充因子：0.75（底部） !r,ZyJU  
侧壁角度：±6° ;m,lS_[c  
n_1：1.46 (?72 vCc  
n_2：2.08 `f}}z5
 
O{,Uge2n,  

xiX~*Zs  
tV9BVsN  
光栅#1——结果 t^)q[g  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 xV:.)Dq9  
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。 4^1{UlCop  
o 4L9Xb7=G  
   S&Q1Ky^  
p^Kp= z  
光栅#2——参数 )**k3u t4  
假设光栅为矩形。 +M/04  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 >&f .^p  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 R|Z$aHQ  
光栅周期：250 nm 7v}4 Pl,$4  
光栅高度：490 nm .Kv>*_
_-Q  
填充因子：0.5 mR,p?[P  
n_1：1.46 ;``*]tY$  
n_2：2.08 9 %4Pt=v~d  
9t(B{S  
Oj:O-PtN2  
su<_?'uH  
光栅#2——结果 zO<EbqNe!  
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。 6]Q ~c"+5  
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。 )NGBA."t  
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