[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。 j]mnH`#BL  
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任务说明 xbCQ^W2YU|  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 sQ[N3  
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(2ZJn13f  
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： \lwLVe  
M[u6+`  
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。 _ib @<%  
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： v@J[qpX  
&2ty++gC  
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。 sfy}J1xIL  
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光栅结构参数 .F$cR^i5u  
研究了一种矩形光栅结构。 0x
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为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 wL>;_KdU`  
根据上述参数选择以下光栅参数： i If?K%M7  
光栅周期：250 nm *|@386\  
填充因子：0.5 0fqycGSmU  
光栅高度：200 nm QTN'yd?WE  
材料n_1：熔融石英（来自目录） "];@N!dA  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） _~F 0i?  
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偏振态分析 )dJx82" l  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 $
1m}lXk  
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。 ^oW{N  
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。 YJ~
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模拟光栅的偏振态 ',rK\&lL6  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： h[<l2fy  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 6)20%*[  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 &rl;
+QS  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 #~.RJ%  
Bx5kqHp^1  
Passilly等人更深入的光栅案例。 OkCAvRg  
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。 f"zmNG'  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 k*Aee7  
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光栅结构参数 ]e+&Pxw]e  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 h@y>QhYU0  
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。 (=EDqAZg  
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。 tvq((2  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 TZ!@IBu  
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光栅#1——参数 <td]k%*+  
假设侧壁倾斜为线性。 J(wFJg\/  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Htln <N  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 t*u#4I1  
光栅周期：250 nm =);@<Jp  
光栅高度：660 nm 1uB$@a\  
填充因子：0.75（底部） (XY`1|])`  
侧壁角度：±6° x($Djx  
n_1：1.46 $J&c1  
n_2：2.08 ["4Tn0g ;  
{Qn{w%!|  
!]RSG^%s{  
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光栅#1——结果 ;-;lM6zP  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 yf4L0.  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 %/5Wj_|p  
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   WIpV'F|t]`  
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光栅#2——参数 }&==;7,O  
假设光栅为矩形。 3dolrW  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4z9lk^#"X  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 rPqM&&+  
光栅周期：250 nm %H2ios[UO  
光栅高度：490 nm 3JkdPh  
填充因子：0.5 UT9u?  
n_1：1.46 ]^>:)q  
n_2：2.08 Bx#=$ka  
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光栅#2——结果 CyW|k Dz  
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"5kz10  
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。 HEIg_6sb  
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