[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:2|c]wQ#R  
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任务说明 y kW [B  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ~_9n.C  
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。 ly4s"4v  
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： d{3@h+zL  
JXixYwm  
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。 I.Y['%8,5~  
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： ZT[3aXS  
/erN;Oo%<  
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。 "F3]X)}  
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光栅结构参数 4\pWB90V  
研究了一种矩形光栅结构。 {TO
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为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 :-iMdtm  
根据上述参数选择以下光栅参数： PN$X N<  
光栅周期：250 nm zW}[+
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填充因子：0.5 '
DCFezdf3  
光栅高度：200 nm FYb34LY  
材料n_1：熔融石英（来自目录） TDg@Tg0  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Zes+/.sA}]  
2>]a)  
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偏振态分析 c{>uqPTY  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 )jCo%P/  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 4D$;KokZ  
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。 )-Ej5'iHr  
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WKrX,GF  
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模拟光栅的偏振态 /({;0I*!i  
!@I}mQ ~  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 6CC&Z>  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 !ph" mf$-  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 <]Wlx`=/D  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 *9 Q^5;y  
A])P1c. 7"  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Sf/q2/r?6[  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 wQ+dJ3b$  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 HPQ/~0$  
kvGCbRC  
 :Pq.,s  
8L5!T6+D&  
光栅结构参数 {%.Lk'#9  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 F_ 7H!F  
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。 aV`&L,Q)7E  
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。 pO~c<d}b  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 BHj\G7,S  
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@4|  
光栅#1——参数 ~%ozgzr^  
假设侧壁倾斜为线性。 J$9:jE-4  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 0_yP
\m  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 PfG`C5 d  
光栅周期：250 nm gVU1Y6.  
光栅高度：660 nm 7S$&S;  
填充因子：0.75（底部） k_GP>b\"k  
侧壁角度：±6° la$%H<,7  
n_1：1.46 !EF(*~r!9L  
n_2：2.08 ]Z4zF"@  
E-ZRG!)[v  
,Vd7V}t  
T~gW3J  
光栅#1——结果 /.V0ag'G  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 8cm@a*2%  
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。 -DO&_`kn  

?mRE'#  
   Eff\Aq{  
LH]CUfUrUE  
光栅#2——参数 U3#dT2U  
假设光栅为矩形。 nhdTTap&9  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Psa@@'w  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 $_j1kx$  
光栅周期：250 nm S<6k0b(,_3  
光栅高度：490 nm UQd6/mD`e  
填充因子：0.5 t7F.[uWD  
n_1：1.46 rUwE?Ekn/  
n_2：2.08 */OI*{Q  
; !$m1
 
?\H.S9CZ^  
6J%iZ  
光栅#2——结果 2H[)1|]l  
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。 ;RN8\re  
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。 =^h~!ovj:  
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