[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。 9C,gJp}P  
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任务说明 hz;SDaBA  
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D$)F X(  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ~s4JGV~R  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 \G v\
&_  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： M5+R8ttc  
}0E@eL  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 uc!6?+0h  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： p+b9D  
,?j!c*  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 J+ :3==,  
6zU0 8z0-  
光栅结构参数 0K.$C~C  
研究了一种矩形光栅结构。 {`2 0'  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 :/=P6b;  
根据上述参数选择以下光栅参数： [7DU0Xg7  
光栅周期：250 nm $<Gt^3e  
填充因子：0.5 Th%w-19,8  
光栅高度：200 nm &f
'Lll  
材料n_1：熔融石英（来自目录）  !vl1#@  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） =r]_$r%gR  
#Qz9{1\G  
4jZt0  
Uhh[le2 %  
偏振态分析 EiM\`"o  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 <LBC
u;  
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。 md{1Jn"  
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。 %`G
}/"  
5C`Vno~v  
$?kTS1I(  
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模拟光栅的偏振态 6tVp%@  
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v  
*yI((G/  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： fF/;BSq'  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 QxEmuiN  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 _pS)bxw  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 '2|mg<Ft  
<4?(|Vh[m]  
Passilly等人更深入的光栅案例。 -t`KCf,0  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。  :5^5l  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 }VH`\g}  
t2.]v><  
Pvkr$ou  
ezJ^ r,D|  
光栅结构参数 f]Z9=  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 fEK%)Z:0  
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。 sV~|9/r  
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。 %I)*5M6  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 >
]\oVG
 
`kOp9(Q{  
&s.-p_4w^D  
光栅#1——参数 bb/A}< zD  
假设侧壁倾斜为线性。 MGKSaP;x  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 QA!'p1{#  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 , YE+k`:  
光栅周期：250 nm +>mU4Fwp  
光栅高度：660 nm 1G,'  
填充因子：0.75（底部） :,^x?'
HK  
侧壁角度：±6° !Cm9DzG  
n_1：1.46 +{e2TY  
n_2：2.08 Y#-pK)EeU  
uhmSp+%  
''EFh&F  
=p!Hl#  
光栅#1——结果 ]'i}}/}u2  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 vN)l3  
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。 +N:M;uTS  
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   )Oj%3  
y=y#*yn&  
光栅#2——参数 G`jJKiC  
假设光栅为矩形。 Bd13p_V"6  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 s)~H_,  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 P<xCg  
光栅周期：250 nm g>f_'7F&  
光栅高度：490 nm \9.@Tg8`  
填充因子：0.5 9[\$\l  
n_1：1.46 SC0_ h(zb,  
n_2：2.08 za4:Jdr  
{ r8H5X  
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n<7R6)j6  
光栅#2——结果 O#D N3yu?  
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。 +@C|u'  
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。  A,|lDsvM  
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