[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。 ut>4U'.H  
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任务说明 mh<=[J,%p  

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简要介绍衍射效率与偏振理论 ZEYgK)^  
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。 X7,
PEA  
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： =%zLh<3v  
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5R<;#8  
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,13b e  
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： ]"c+sMW  
tO_H!kP  
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。 }HE6aF62O  
y9#$O(G  
光栅结构参数 {0! ~C=P  
研究了一种矩形光栅结构。
`mye}L2I  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Qu,8t8  
根据上述参数选择以下光栅参数： a[lY S{  
光栅周期：250 nm OD Ur  
填充因子：0.5 .^$YfTabq  
光栅高度：200 nm !v]b(z`Y  
材料n_1：熔融石英（来自目录） FWH}j0Gj|  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ^m
_yf|D$  
X=8Y&#%  
_C\[DR0n  
IrMl:+t\  
偏振态分析 yL
;M"L  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 z} '!eCl  
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。 H3{GmV8  
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。 1<ro7A4hK  
y*{Zbz#{  
r_EcMIuk  
*5<Sr q'  
模拟光栅的偏振态 3]-_q"Co4f  
(Qgde6  
T5Dw0Y6u,  
iCP/P%  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： =h(W4scgqX  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 IlX$YOf4  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 #d{=\

$=  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 iqnJ~g  
%AOIKK5  
Passilly等人更深入的光栅案例。 `IYuz:  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 0J.dG/I%  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ?S?2 0  
Wlh~)  
:Q+5,v-c  
Ifk
#/d  
光栅结构参数 ,Ma.V\T[  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 1Y_w5dU  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 X0{/ydGF8  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 @H!$[m3  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 zo;^m|  
C0=9K@FCb  
5unG#szq  
光栅#1——参数 Q4t(@0e}  
假设侧壁倾斜为线性。 ;M]C1!D9#  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 `RMI(zI3g.  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 >r &;3:"  
光栅周期：250 nm }AZc8o-  
光栅高度：660 nm UZ8?[  
填充因子：0.75（底部） EL3|u64GO  
侧壁角度：±6° OdMO=Hy6d  
n_1：1.46 wOB azWa
 
n_2：2.08 .I3?7  
b'zR 9V  
HaA1z}?n  
Y+/JsOD  
光栅#1——结果 %hlspI(J  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 \b[9ebME  
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。 \yrisp#`  
X\p,%hk \  
   (2?G:+C 7  
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光栅#2——参数 P7B:%HiAx  
假设光栅为矩形。 1 4LI5T  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 p}Fs'l?7Rq  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 [NnauItI  
光栅周期：250 nm HG/p$L*  
光栅高度：490 nm F>]#}_  
填充因子：0.5 G0n'KB
 
n_1：1.46  Lw1T 4n  
n_2：2.08 c41: !u^  
/8@m<CW2Y  
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光栅#2——结果 H* !EP  
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。 s!/TU{8J  
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。 7iuQ9q^&  
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