[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。 jS_fwuM  
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任务说明 5G$sP,n  
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0Fd<@wQ0  
V_)G=#6Dy  
简要介绍衍射效率与偏振理论 ?\_\pa/+  
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。 d#Hl3]wT  
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： ~3,>TV  
OC(S"&D  
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。 ?zFeP6C  
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： &nJH23h^  
Etv!:\
\[  
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。 uL.)+E  
S!\4,6  
光栅结构参数 r8
]y1 Om<  
研究了一种矩形光栅结构。 `,-w+3?Al  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 uv&??F]/  
根据上述参数选择以下光栅参数： HNFG:t9  
光栅周期：250 nm Z>9uVBE02  
填充因子：0.5 QJeL&mf  
光栅高度：200 nm )9oF?l^q  
材料n_1：熔融石英（来自目录） ?p&CR[  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ](^$5Am  
PTt#Ixn,  
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f#Ika&px  
he/WqCZg  
偏振态分析 {Kbb4%P+h  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 *wvd[q h  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ]2Vu+AP  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 &oU) ,H  
[i"6\p&  
%3Ba9Nmid  
@ )bCh(u  
模拟光栅的偏振态 n5Coxvy1  
<%_7%  
5mtsN#  
nM=5L:d  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： As5*)o"&  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ?.A~O-w  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 "7G>  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 [osIQ!u;:  
V:YN!  
Passilly等人更深入的光栅案例。 jyLE  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 /-{C,+cB  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 F
Zk=-.Hk  
-@I+IKz  
-2D/RE7|  
}|KNw*h$  
光栅结构参数 Ml"i^LR+  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 WLO4P  
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。 ' F,.y6QU  
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。 Ba8 s  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ?KB+2]7m6  
?Q?=I,2bP  
3QD+&9{D  
光栅#1——参数 6bE~m<B\`  
假设侧壁倾斜为线性。 0=:]tSD\F  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 \me'B {aa  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 EC:u;2f!  
光栅周期：250 nm E"/r*C+T  
光栅高度：660 nm f4mQDRlD  
填充因子：0.75（底部） 7o99@K,  
侧壁角度：±6° 8@)4)+e  
n_1：1.46 cFV)zFu  
n_2：2.08 'joc8o sS  
#M)SAe2  
)j_Y9`R  
8kRqF?rbj  
光栅#1——结果 m9Pzy^g1  
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。 *WQl#JAr  
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   qr<+@Q  
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光栅#2——参数 ozCH1V{p  
假设光栅为矩形。 I{8sLzA03S  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 *7JsmN?  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 *"HA=-Z;  
光栅周期：250 nm I'%\ E,  
光栅高度：490 nm s(?A=JJ  
填充因子：0.5 A8zh27[w%  
n_1：1.46 `Lr I^9Z  
n_2：2.08 R'z -#*[  
g'pB<?'E'  
'CfM'f3uu  
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光栅#2——结果 (+x!wX( x  
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。 LJh^-FQ  
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。 ;+Sc Vz  
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