[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。 Da,Tav%b  
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任务说明 GW m4~]0E  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 zixEMi[8  
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。 Q"}s>]k3_  
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： \qq-smcM-  
_}=E^/;(  
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。 /bcY6b=:  
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： qei$<j'b  
;'1Apy  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 [m#NfA:h,  
xZ ;bMxZ  
光栅结构参数 Q_}n%P:u  
研究了一种矩形光栅结构。 K2|7%  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 \y~)jq:d"  
根据上述参数选择以下光栅参数： 'lQ
YJ0  
光栅周期：250 nm xrI}3T  
填充因子：0.5 uPU#c\  
光栅高度：200 nm Oxa5Kfpa  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Z<]VTo  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） l%PnB )F  
*8-p7,D  
qS]G&l6QF  
chLeq  
偏振态分析 !;WbOnLP  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 SCq3Ds^  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 NsmVddj  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 lU$X4JBzS  
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I#c(J  
6ZgNHARS  
模拟光栅的偏振态 B9W/bJ6%  
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%!wq:~B1  
F@^N|;_2  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： FO^24p  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 LUul7y'"  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 MBO,\t.  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 T{HfP  
Iaa|qJ
4  
Passilly等人更深入的光栅案例。 <G9<"{  
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。 m5qCq9Y  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 lko3]
A3  
sL mW\\kA>  
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m(#Fa  
Cqa3n[Mhw1  
光栅结构参数 ASq`)Rz  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ?o>6S EGW  
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。 '\'7yN'  
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。 +{^'i P  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 VO|u8Z"  
J~'~[,K  
s kY0\V  
光栅#1——参数 w(#:PsMo<  
假设侧壁倾斜为线性。 k!vHO  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 m9I(TOw  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 8E-Ip>{>  
光栅周期：250 nm APOea  
光栅高度：660 nm w'XSb.\)_m  
填充因子：0.75（底部） |
is 9  
侧壁角度：±6° iz(m3k:w  
n_1：1.46 -G!6
U2*#  
n_2：2.08 8_Jj+  
BArJ"t*/z  
GJ>ypEWo  
!,R  
光栅#1——结果  HFv?s  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。
C?(y2p`d\  
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。 Ga?UHw~
 
m]e0X*Kg  
   rr>IKyI'  
NC;T( @  
光栅#2——参数 du8!3I  
假设光栅为矩形。 uiuTv)pwF  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ^X$ I=ro  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 TftOYY.hQ  
光栅周期：250 nm i >J:W"W
 
光栅高度：490 nm jigbeHRy  
填充因子：0.5 69-$Wn43<  
n_1：1.46 &'NQ)Dn  
n_2：2.08 @X|ok*v`  
Px$'(eMj^3  
L#[HnsLp_  
65uZLsQ  
光栅#2——结果 Y0rf9  
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。 H]U"+52h  
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。 rrbZ+*U  
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