[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。 w0FkKJV  
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任务说明 h7h[!>  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 `Ko6;s#  
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。 *Bgk3(n)  
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： &>. w*  
OYsG#  
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。 ZV;lr Vv  
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： D
WQ@]\  
$Jt+>.44  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 j\Z/R1RcW  
9<ev]XaSl  
光栅结构参数 ^l(Kj3gM  
研究了一种矩形光栅结构。 !}gC0
dJ  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 mz~aSbb|  
根据上述参数选择以下光栅参数： vQ/&iAyut  
光栅周期：250 nm -8]M ,,?  
填充因子：0.5 P{-f./(JD  
光栅高度：200 nm @+3@Z?!SZ  
材料n_1：熔融石英（来自目录） wSMP^kG  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 3'H 1T  
'<35XjW  
V>`xTQG  
>lRa},5(  
偏振态分析 AJ*FQo.U  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 =h4* ^NJ  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ;be2sTo  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 Ris5)*7  
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U.lKm  
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模拟光栅的偏振态 BN?OvQ  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： *[(}rpp M  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 i5>]$j1/  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 L%[om c?  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 YmS}*>oz  
)rTV}Hk  
Passilly等人更深入的光栅案例。 EMDsi2  
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。 `(r[BV|h}  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 q@i,$R  
jORU+g  
5s >UM@})  
V0,%g+.^  
光栅结构参数 F0O/SI(cA  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 @c<*l+Qc  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 ?3Ytn+Py  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 ZE())W"  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 OIuEC7XM^C  
p/4\O  
R).?lnS  
光栅#1——参数 ;$Eg
4uX  
假设侧壁倾斜为线性。 p?mQ\O8F  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 a)+;<GZ~  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 /e^q>>z  
光栅周期：250 nm ltKUpRE\?  
光栅高度：660 nm hcvWf\4'#q  
填充因子：0.75（底部） N{}XHA  
侧壁角度：±6° Ut;,Z  
n_1：1.46 \;z*j|;B  
n_2：2.08 BcMgfa/  
Hoaf3 `n  
TwlrncK*  
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光栅#1——结果 D0(%{S^  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 O<&8gk~  
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。 L#Mul&r3x0  
U*.Wx0QM  
   E,]G Ek  
t;7 tuq   
光栅#2——参数 0-ISOA&  
假设光栅为矩形。 s3+^q  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 >a@c5  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 qRXb9c  
光栅周期：250 nm 6]=$c<.&  
光栅高度：490 nm Gz]p2KBg  
填充因子：0.5 H\OV7=8  
n_1：1.46 :27GqY,3sK  
n_2：2.08 nu1s
 
qSRE)C=)  
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光栅#2——结果 T)"B35  
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。 ~bSPtH ]6d  
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。 UN7>c0B  
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