[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。 +;c)GNQ)6:  
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任务说明 0UB)FK,9  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 5D8V)i  
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。 -Ob'/d5&  
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： mY*JNx  
U$Z)v1&{  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 2 DJs'"8  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： l ~CYxO  
vOy;=0$  
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。 ,j>A[e&.  
\b95CU  
光栅结构参数 5MfbO3  
研究了一种矩形光栅结构。 qPDe;$J)  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 S@*
lI2  
根据上述参数选择以下光栅参数： qF C0$:z&  
光栅周期：250 nm @W[`^jfQ  
填充因子：0.5 :*u .=^
 
光栅高度：200 nm w[}5qAI5*f  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 15U]/?jv8  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） L'B= =#  
C ?JcCD2  
R".~{6  
Xb6X'rY  
偏振态分析 :c[iS~ ~Y  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 f40xS7-Q0  
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。 m>B^w)&C  
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。 #\3(rzQVO  
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MKzIY:ug  
21Mr2-#z  
模拟光栅的偏振态  =z`#n}v  
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d+[GMIxg  
D]X&Va  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： $L%gQkz_  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 %ub\+~  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 qp$Td<'Y  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 8-]\C  
i E p{  
Passilly等人更深入的光栅案例。 KnK8\p88\  
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。 uU_lC5A|  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 vdA3  
=E$Hq4I  
<4UF/G)  
zv/owK  
光栅结构参数 6WUP
#c@{  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ${fJ]  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 DvL/xlN  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 +9Vp<(  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 86+nFk  
0P)"_x_  
,F^Rz.  
光栅#1——参数 K`%{(^}.  
假设侧壁倾斜为线性。 (.[HE ~ s?  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ]1YyP  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Qn0 1ig  
光栅周期：250 nm V% -wZL/  
光栅高度：660 nm >Vp#  
填充因子：0.75（底部） wP-BaB$_  
侧壁角度：±6° W<']Q_su  
n_1：1.46 4l)Q  
n_2：2.08 N-C=O  
)S~ySiJ<U  
XQW9/AzNf  
]&;M78^6  
光栅#1——结果 >2kjd  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 _pZ
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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。 b@
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   PO1|l-v<Yq  
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光栅#2——参数 +,wCV2>\3  
假设光栅为矩形。 N5]}m:"pk  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 R>|)-"b( `  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 LS(J%\hMDm  
光栅周期：250 nm h4N%(?7  
光栅高度：490 nm 0J \hku\  
填充因子：0.5 .|d2s  
n_1：1.46 $)(K7> P  
n_2：2.08 O C qI  
f3bZ*G%f  
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光栅#2——结果  8AX+s\N  
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。 \7l%@  
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。 .PAR  
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