[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。 S$#"bK/p^  
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任务说明 3.?G,%S5.$  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 Qe,jK{Y< -  
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。 2{U5*\FhVX  
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： a]H&k$!c  
an q1zH  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 ^mH:8_=(.  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： ^wass_8  
mVXwU](N  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 2i9FzpC3  
-@7?N6~qZx  
光栅结构参数 jVlXB6[-  
研究了一种矩形光栅结构。 r+TvC{  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ~8JOPzK  
根据上述参数选择以下光栅参数： K;8{qQ*  
光栅周期：250 nm 79&=MTM  
填充因子：0.5 ]S0=&x@,  
光栅高度：200 nm uNKf!\Y  
材料n_1：熔融石英（来自目录） @LSfP  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） "+XF'ZO  
oUl0w~Xn  
, wXixf2  
O0l1AX"  
偏振态分析 \jmT#Gt`9  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 pk8`suZ  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 [n]C  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 h\T}$jgfWm  
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E]w2 {%  
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模拟光栅的偏振态 ,_K y'B  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 8B?*?,n5  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ]FNe&o1zX  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 7Y?59 [  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 j'x@P+A  
%)ri:Qq  
Passilly等人更深入的光栅案例。 %MCJ%Ph  
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。 i);BTwW)#]  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 3mQ3mV:  
h e=A%s  
lT?Vt`==~M  
z? Iu;X  
光栅结构参数 P^aNAa  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 _RNP_$a  
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。 XL/V>`E@  
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。 ,\-4
X  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 '/s/o]'sUd  
C>Q|"Vf2  
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光栅#1——参数 ?7#{#sj  
假设侧壁倾斜为线性。 Xz?7x0)Z  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 U#x`u|L&6  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 oj=%< a  
光栅周期：250 nm !<&To  
光栅高度：660 nm ov5g`uud  
填充因子：0.75（底部） '%&-`/x  
侧壁角度：±6° = Rn  
n_1：1.46 ol1J1Zg  
n_2：2.08 >guX,hx^  
EK
Ac>g  
y1h3Ch>Y  
} rX)A\ g6  
光栅#1——结果 0h kZ  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 l\"
CHwN?Y  
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。 A4*D3\>%u  
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   Mr*
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eNK6=D|  
光栅#2——参数 E9w"?_A)  
假设光栅为矩形。 Y>{%,d#s_  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 b\^1P;!'W  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 9.:&u/e  
光栅周期：250 nm {z9,CwJan?  
光栅高度：490 nm ?
Ld:HE  
填充因子：0.5 Zbr1e5?  
n_1：1.46 tiy#b8  
n_2：2.08 J|@O4g  
hXD`OlX  
L<G6)'5W  
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光栅#2——结果 QO>)ug+  
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]{, 7.S  
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。 oore:`m;  
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