[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。 IAyp2  
@PIp*[7oC  
dQG=G%W  
bhs _9ivw  
任务说明 :Iz8aQ  
3iU=c&P  
#s9aI_  
O&hTNIfi  
简要介绍衍射效率与偏振理论 -7|H}!DFT  
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。 o;RI*I  
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： ;O#>Y  
@KUWxFak  
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。 *n"{J(Jt`  
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： Ht&YC<X  
+W+|%qM,\  
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。 #Rr%:\*  
%N_%J
K\{@  
光栅结构参数 (uidNq
 
研究了一种矩形光栅结构。 HtYwEjI  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 C9 j|OSgk  
根据上述参数选择以下光栅参数： a-J.B.A$Z/  
光栅周期：250 nm N4HqLh23H  
填充因子：0.5 ijU*|8n{>  
光栅高度：200 nm
K~EmD9  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 2b8L\$1q  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） SZCze"`[  
rQ snhv  
f|oh.z_R  
h zn6kbv  
偏振态分析 .5{ab\_af  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 p{dj~
&v  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 Qe(
:|q_  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 mB)bcuPv  
Srd4))2/0  
YKf0dh;O  
I1&aM}y{G  
模拟光栅的偏振态 k$}fWR  
~flV`wy$$1  
6;5Ss?ep  
Q=yg8CQ  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： lqpp)Cq  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 JOBhx)E  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 '@P^0+B!(.  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 +m,yA mEEd  
iO; 7t@]-  
Passilly等人更深入的光栅案例。 @pU)_d!pJ  
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。 Dv`c<+q(#  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 e\75:oQ  
<p"iY}x[H  
h@@=M  
@U
}1EC{A  
光栅结构参数 QP J4~  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 geCM<]  
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。 uM6+?A9@l  
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。 k|d+#u[Mj@  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 v|2T%y_ u  
UFuX@Lu0  
4+ Z]3oIRE  
光栅#1——参数 5`:Yye  
假设侧壁倾斜为线性。 1|wL\I  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 N]sAji*  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 cExS7~*  
光栅周期：250 nm PwLZkr@4^  
光栅高度：660 nm &:)Wh[  
填充因子：0.75（底部） #;nYg?d=  
侧壁角度：±6° ')3 bl3:  
n_1：1.46 [ibu/W$  
n_2：2.08 wAW5 Z0D  
g}',(tPMZ  
ixD)VcD-f  
kPLxEwl  
光栅#1——结果 B`J~^+`[*  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 @I!0-OjL  
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。 FJP-y5  
S|`o]?nc>  
   e**qF=HCw  
"LTad`]<Ro  
光栅#2——参数 &KRX[2  
假设光栅为矩形。 /s}}&u/  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 65Yv4pNL  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 #O dJ"1A|  
光栅周期：250 nm yaH Zt`Y  
光栅高度：490 nm hQDXlFHT  
填充因子：0.5 R/z=p_6p7`  
n_1：1.46 j eP  
n_2：2.08 !d0kV,F:  
;MdlwQ$`  
_"rgET`vW  
~FG]wNgS  
光栅#2——结果 0.k7oB;f(@  
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。 SKsKPqz  
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。 Z}Ft:7   
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