[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。 Yk(NZ3O  
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任务说明 Ly@U\%.  
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k i~Raa/e  
"i;*\+x  
简要介绍衍射效率与偏振理论 zW|$x<M^  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 h5h-}qBA  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： y}.y,\S0  
?)i6:76(  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 UFSEobhg&5  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： >EPaZp6  
lk5_s@V l  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 B{=,VwaP_  
0O@[on;Bd  
光栅结构参数 0l
l,V  
研究了一种矩形光栅结构。 ulJ+:zwq$  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 @pyA;>U  
根据上述参数选择以下光栅参数： cHfK-R  
光栅周期：250 nm ?Vb=4B{~  
填充因子：0.5 = m!!  
光栅高度：200 nm XF0*d~4  
材料n_1：熔融石英（来自目录） )[a?J,  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） .>cL/KaP  
lUm}nsp=X  
^+.e5roBKj  
oQE_?">w  
偏振态分析 7ipY*DT8  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ?L.p9o-S0  
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。
p)AvG;  
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。 aG8;,H=%,  
2n\i0?RD  
]Y/pSwnV  
dRarNW  
模拟光栅的偏振态 [K^q:3R  
Nc^b8& 2J  
*8(t y%5F0  

X]f#w  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： \p_8YC  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ~=aI2(b  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 QyBK*uNdV  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。
$(!D/bvJ  
wHDFTIDI  
Passilly等人更深入的光栅案例。 e=NQY8?  
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。 Z2Y583D  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 <CdG[Ih  

omDi<-  
o Q!g!xz  
#gr+%=S'6C  
光栅结构参数 mYU dhL^  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 i(TDJ@}  
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。 A1&>L9nUx  
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。 oBGstt@  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 jTxChR  
m$G?e9{  
qhHRR/p  
光栅#1——参数 B[k+#YYY  
假设侧壁倾斜为线性。 &bRxy`ZH  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 =.3P)gY)  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 T[2f6[#[_  
光栅周期：250 nm 4FP~+  
光栅高度：660 nm e#Zf>hlAz  
填充因子：0.75（底部） NU6Kh7  
侧壁角度：±6° 9jJ/ RXp  
n_1：1.46 r5$?4t  
n_2：2.08 ^#6%*(D  
TW;;OS[  
\/e*qu
xx  
g{f>jd  
光栅#1——结果 Hi 0df3t  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 77[;J  
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。 F(kRAe;  
kJ5?BdvM&  
   @):NNbtA  
M`,Z#)Af  
光栅#2——参数 oKqFZ,m[  
假设光栅为矩形。 8 H"f9S=K  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 P+cFp7nC  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 h[v3G<C~r  
光栅周期：250 nm jnLo[Cf,H8  
光栅高度：490 nm JnKbd~  
填充因子：0.5 X9BBnZ  
n_1：1.46 i{x0#6_Y  
n_2：2.08 9t
W.}5V  
 B*~Bm.  
IgnY*2FT  
M:q;z(  
光栅#2——结果 Q)i`.mHfFI  
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。 5WNRo[`7  
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。 2\8\D^  
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