[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。 RPte[tq  
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任务说明 @2a!T03  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 CswKT9  
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。 a!-J=\>9  
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： 1^E5VG1[  
N$IA~)  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 ,7c Rd}1Y  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： Qubu;[0+a  
Cl9nmyf   
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 n*A1x
8tn  
KR%WBvv  
光栅结构参数 V+y"L>K  
研究了一种矩形光栅结构。 ~6@`;s`[Y  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 :?BK A0E  
根据上述参数选择以下光栅参数： /e?0Iv" 8>  
光栅周期：250 nm +kQ=2dva  
填充因子：0.5 YzQ1c~
+  
光栅高度：200 nm )7NI5x^$  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 7>BfHb  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） @sA!o[gH  
FE&:?  
9J?s:"j  
 0.0-rd>  
偏振态分析 >h#w~@e::  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 {vCtp   
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^k0Rad  
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。 X(MS!RV  
y32$b,%Xi,  
xlu4  
 =gM@[2  
模拟光栅的偏振态 3oMHy5  
^N|8 B?Vg  
_W_< bI34  
kDWEgnXK,v  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： S#y[_C?H  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 U4\v~n\  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 4}v|^_x-i  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ]lBCK  
!Kg']4  
Passilly等人更深入的光栅案例。 6`@J=Q?  
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。 z<vh8dNl  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 lYJSg70P  
U|%
}B(  
WEif&<Y  
&4S2fWx  
光栅结构参数 v#/Gxk9eX  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 62qjU<Z
 
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。 o!":mJy  
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。 -LszaMR}  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 qE8aX*A1/  
*1<kYrB  
&tAYF_}  
光栅#1——参数 +|,4g_(j  
假设侧壁倾斜为线性。 #Ir?v  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 poxF`a6e+  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 9"]#.A^Q*  
光栅周期：250 nm n@p@@  
光栅高度：660 nm +lqGf  
填充因子：0.75（底部） m)Kg6/MV.  
侧壁角度：±6° qrlC U4  
n_1：1.46 ]>VG}e~b  
n_2：2.08 _<F)G,=  
!EhKg)y=  
c Pf_B=  
n%7?G=_kj  
光栅#1——结果 c:Nm!+5_(  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 }AR
A K^%  
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。 J4"Fj, FS  
R/ZScOW[  
   =#S.t:HQ*  
+wmG5!%$|  
光栅#2——参数 yEI@^8]s  
假设光栅为矩形。 d/&> `[i  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 PU/<7P*  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 i9DD)Y<  
光栅周期：250 nm }Pg}"fb^  
光栅高度：490 nm l\*9rs:!  
填充因子：0.5 aLGq<6Ja  
n_1：1.46 <]M.K3>  
n_2：2.08 /D3{EjUE=  
VIP7j(#t_g  
:]m.&r S,  
fx{8ERo  
光栅#2——结果 *(?Wzanh  
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。 +SH{`7r  
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。 mOsp~|d  
   MxIa,M<  
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