[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。 Sj8fo^K50  
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任务说明 2Z`
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简要介绍衍射效率与偏振理论 <0jM07\<  
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。 OO,%zwgt  
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： |H5$VSw  
yv)-QIC3  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 ?dCJv_w  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： #wh[F"zX  
t0^)Q$  
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。 $)=`Iai  
{OS[0LB  
光栅结构参数 =">0\#  
研究了一种矩形光栅结构。 9'ky2 ]w  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ,}Im^~5  
根据上述参数选择以下光栅参数： ]^@m $O  
光栅周期：250 nm %PK(Z*>  
填充因子：0.5 (^<skx>  
光栅高度：200 nm v~YGef;D  
材料n_1：熔融石英（来自目录） y'^b{q@  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Qv8 =CnuOT  
"|PX5  
T~?&hZ>  
H8Z|gq1r  
偏振态分析 7--E$!9O,  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 gf/<sH2}  
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。 @?t+O'&  
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。 tS,AS,vy]  
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*I k/Vu%;  
模拟光栅的偏振态 ]2iEi`"[  
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=^)$my\C:  
bhfC2@  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Y{X%C\  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 0P;LH3sx  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 gaE8\JSr  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 #"[EVF0%1D  
0}g~69Z1=  
Passilly等人更深入的光栅案例。 )k4&S{=  
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。 5`::#[  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 [X@JH6U r  
LvL2[xh%&  
71\GK  
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光栅结构参数 NK%Ok  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 C!Fi&~  
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。 >U]KPL[%  
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。 ^Qxv5HS2  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 J!@R0
U.  
Rq|]KAN  

mRC   
光栅#1——参数 s/P+?8'9  
假设侧壁倾斜为线性。 &=wvlI52`  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 <s'0<e!./t  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 GX*9R>  
光栅周期：250 nm 0sF|Y%N  
光栅高度：660 nm )C rsm&  
填充因子：0.75（底部） -NA2+].  
侧壁角度：±6° v:NQrN  
n_1：1.46 ]y"=/Nu-Ja  
n_2：2.08 $1k@O@F(4  
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i{v]4  
}gd'pgN"t  
cPg{k}9Tvy  
光栅#1——结果 ,z>w^_  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 pxW*kS  
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。 Fn{Pmo*rs  
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   vr_Z0]4`C9  
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光栅#2——参数 EWOa2^%}Z\  
假设光栅为矩形。 D4~]:@v~n  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4Ujy_E?^  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 h]j>S  
光栅周期：250 nm }?sC1]-j&  
光栅高度：490 nm Uyd'uC  
填充因子：0.5 9xFI%UOb#  
n_1：1.46 zA/Fh(uX  
n_2：2.08 xRqA^Ad  
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光栅#2——结果 Sar1NkD#  
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。 -]QP#_   
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。 1had8K-  
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