[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。 k+(UpO=/*  
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任务说明 Ri,8rf0u
 
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简要介绍衍射效率与偏振理论 Z;/"-.i  
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。 S-FoyID\H  
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#pA W  
!PCw-&  
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。 Jm%hb,  
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： NXAP=y3  
qXHr"  
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。 4:!KtpR[O  
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光栅结构参数 ^k&T?uU  
研究了一种矩形光栅结构。 7e,EI9?.  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 QOG S` fh  
根据上述参数选择以下光栅参数： R:*I>cRs  
光栅周期：250 nm %cM2;a=2  
填充因子：0.5 # ;,b4O7@  
光栅高度：200 nm (t.pM P4  
材料n_1：熔融石英（来自目录） T=8>0D^v5  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） m6qmZ2<  
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D`r^2(WW  
oR.KtS$uh  
偏振态分析 AHws5#;$6*  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 N=) E$h  
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。 u~X]W3  
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。 ;SBM
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模拟光栅的偏振态 xg~ Baun  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： {nH. _  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 1>W|vOv"Z?  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ;{]%ceetcu  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 *Z7W'-  
H<dOh5MFh  
Passilly等人更深入的光栅案例。 _oxc~v\<  
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。 ;0V{^  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 *iB_$7n`  
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YQ>M&lnQ<  
光栅结构参数 Aa*UV6(v  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 w{[OtGIi3  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 Q!Rknj 2  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 kV7c\|N9  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。  R1'bB"$  
[`P+{ R  
a;AvY O  
光栅#1——参数 ^ N]u  
假设侧壁倾斜为线性。 -#v1b>ScY  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 }q-_|(b;  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 1F'j.1  
光栅周期：250 nm [Q,E( s  
光栅高度：660 nm #RoGyrLo  
填充因子：0.75（底部） \D BtU7"v  
侧壁角度：±6° _yTGv-  
n_1：1.46 =iy%;>I`  
n_2：2.08 ^9eJ)12pK  
R;6(2bTN6  
vukI`(#  
H kDT14 `&  
光栅#1——结果 QK-_~9V  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 }<w/2<T[  
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。 a4FvQH#j  
S?nXpYr  
   b,YTw  

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光栅#2——参数 t^.U<M  
假设光栅为矩形。 L.bR\fE   
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 hVRpk0IJDK  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ~4o2!!^tI  
光栅周期：250 nm ,qJ/Jt$A  
光栅高度：490 nm O3#4B!J$E  
填充因子：0.5 I&|%Fn  
n_1：1.46 Kx?3]  
n_2：2.08 zN JK+_O=  
[Y.3miE  
$x]'6  
[*w^|b?  
光栅#2——结果 b|t` )BF  
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。 9RwD_`D(MN  
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。 XRVE8v+  
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