[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。 5f*_K6,v  
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任务说明 1GY
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简要介绍衍射效率与偏振理论 3m>YR-n$  
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。 NzT &K7v  
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： Jxvh;  
||:>&  
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。 >eTbg"\  
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?!d`  
gKh*q.  
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。 =mYf] PIX  
BgXZr,?  
光栅结构参数 FOF@@C~aH  
研究了一种矩形光栅结构。 72, m c  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 C~2!@<y  
根据上述参数选择以下光栅参数： j!4{+&Laq  
光栅周期：250 nm c,@Vz 7c  
填充因子：0.5  {b!{~q  
光栅高度：200 nm  ;+~5XLk  
材料n_1：熔融石英（来自目录） s[8.
l35|  
材料n_2：二氧化钛（来自目录）  I0mp[6  
<q7o"NI6FZ  
Wep^He\:  
'maX  
偏振态分析 ~uhW~bT  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ]W3_]N 3  
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。 %M96m  
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。 s*PKr6X+  
`PARZ|  
T 6D+@i  
aBC5?V*e%  
模拟光栅的偏振态 iYr)Ao
5X  
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RL}?.'!  
wa@Rlzij>  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： #&.Znk:@.f  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 {8.Zb NEJ  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 KPToyCyR1  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 H q
6%$!q  
Y#@D% a8  
Passilly等人更深入的光栅案例。 FGn"j@m0  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 AGFA;X  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 oL]uY5eZoe  
:of([e|u6  
<{W{ Y\_A>  
myj/93p}`b  
光栅结构参数 y7+@  v'  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 jj`#;Y  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 #]dm/WzY  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 8-<F4^i_i  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ^t3>Z|DiB^  
~R;/u")@e  
0PkX-.  
光栅#1——参数 wS=vm}}u  
假设侧壁倾斜为线性。 bpc1>?  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ;Ci:d*  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 dy+A$)gY<  
光栅周期：250 nm 5$ik|e^:y  
光栅高度：660 nm $ 5"  
填充因子：0.75（底部） !\#Wq{p>W*  
侧壁角度：±6° GFT@Pqq  
n_1：1.46 a6gw6jQ  
n_2：2.08 Zv}F?4T~:  
b"X1  
~B[e*|d  
(wL$h5SG  
光栅#1——结果 \~8W0q.4M  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 W_@ b. 1  
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。 u43Mo\"<&%  
:WRD<D_4  
   &S(>L[)9  
V%4P.y  
光栅#2——参数 waMV6w)<  
假设光栅为矩形。 9"^ib9M  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ,esEh5=Ir  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 !BVCuuM>w  
光栅周期：250 nm 0y|1@CS  
光栅高度：490 nm M IIa8;  
填充因子：0.5 bqH [-mu6  
n_1：1.46 B!mHO*g  
n_2：2.08 j)/Vtf  
pmP~1=3  
;>2-  
K\ Wzh;  
光栅#2——结果 5 Y&`ZJ  
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。 T"P}`mT  
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。 9
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