[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。 @v*/R%rv t  
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任务说明 .\qj;20
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7gS1~Q4\V2  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 M}hrO-C
 
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。 w_iamqe,  
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： Bz`yfl2  
fXQiNm[P  
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。 RP`2)/sMT  
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： Gj /3kS~@  
ag4`
n:1  
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。 l~Lb!;,dN  
ib0g3p-Lc  
光栅结构参数 T/P7F\R  
研究了一种矩形光栅结构。 1Ee>S\9t  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 te4= S  
根据上述参数选择以下光栅参数： '~wpP=<yyF  
光栅周期：250 nm v}v 5  
填充因子：0.5 vG2b:[W  
光栅高度：200 nm GW2')}g  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 7CB#YP?E  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） *V;3~x!  
W:QwHZ2O  
K$REZe  
s-VSH  
偏振态分析 mi2o1"Jd$`  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ".~{:=  
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。 7nHTlI1b  
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。 '?GQ~Bf<>  
IGAzE(  
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模拟光栅的偏振态 rFL$QC2  
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c.  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ;' e@t8i6  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ,dd WBwMK  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 }1%r%TikY  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。
Nl8 gK{  
 c!uW}U_z  
Passilly等人更深入的光栅案例。 fV ZW[9[  
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。 ?Cci:Lin  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 <5Mrp"C[i  
I/UQ'xx  
`!w^0kZ  
Eo{EKI1  
光栅结构参数 4^!4eyQ^  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 K
v+Bfh  
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。 !g0cC.'  
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。 IvW@o1Q  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 CJqc\I~  
:LV.G0)#  
T0FZ7  
光栅#1——参数 "~p+0Xws9  
假设侧壁倾斜为线性。 hr U :Wr  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 MMD<I6Iyv  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 IF?xnu  
光栅周期：250 nm h}=M^SL  
光栅高度：660 nm (Imp $  
填充因子：0.75（底部） c#q"\"  
侧壁角度：±6° 
S]yvMj_?  
n_1：1.46 L=7rDW)aa  
n_2：2.08 H(\V+@~>AD  
]R Mb,hJ  
wR7aQg  
;1LG&h,K  
光栅#1——结果 "r-l8r,  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 
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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。 [b5(XIGUN}  
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<fnOM  
    0:d
B 9  
E8tD)=1  
光栅#2——参数 :k1$g+(lP  
假设光栅为矩形。 )
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忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 `Ei"_W  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 PqhlXqX9  
光栅周期：250 nm aii'}c  
光栅高度：490 nm *j<@yG2\gP  
填充因子：0.5 {Nq?#%vdT  
n_1：1.46 YkbO&~.  
n_2：2.08 yH(V&Tv  
3Hm7 uBZ  
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光栅#2——结果 P{lh)m>  
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。 ma7fDo0,`h  
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。 :GM#&*$2<  
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