[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。 =iB0ak  
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任务说明 MW &iNioX  

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简要介绍衍射效率与偏振理论 w4<RV:Vmt  
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。 MS%xOB*6  
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： EX7gTf#  
Ratg!l|'-  
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。 m,K0BL  
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： U~azI(1"W  
w&8gA[y*u  
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。 3(Kj|u  
lY yt8H  
光栅结构参数 Q+*o-  
研究了一种矩形光栅结构。 m2AA:u_*j  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 yk5-@qo  
根据上述参数选择以下光栅参数： zjs@7LN  
光栅周期：250 nm =P\H}?PF  
填充因子：0.5 eNY$N_P  
光栅高度：200 nm 8QV+DDZx  
材料n_1：熔融石英（来自目录） yHT8I  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） KGS=(z  
I9h?Z&n5  
-
)(HG)3  
#>g]CRN  
偏振态分析 r4D*$H-rR  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。  s de|t  
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。 a02@CsH  
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。 DJr{;t$7~  
`So*\#\T  
`%EMhk  
K]yCt~A$  
模拟光栅的偏振态 W2J"W=:z  
=ltT6of@o  
w&:"x@ -|  
T52A}vf4  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： YQxV
eS(  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 _[zO?Div[  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 
-&oJ@Aa  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 yxh8sAZ  
);$_|]#  
Passilly等人更深入的光栅案例。 SsiAyQ|Ma  
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。 wyeiz7  
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 <hR,  
U@x5cw:  
y((I2g1rv  
dp\pkx7  
光栅结构参数 A6YkoYgC  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Q"n|<!DN  
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。 ;
0(|06=  
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。 _@wXh-nc  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 IFYGl  
uA dgR  
QL%&b\K  
光栅#1——参数 3Z;`n,g  
假设侧壁倾斜为线性。 _PZGns,u  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4Z5
ZV!  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 JK34pm[s  
光栅周期：250 nm l?LwQmq6  
光栅高度：660 nm ohklLZoZ  
填充因子：0.75（底部） >u?pq6;  
侧壁角度：±6° .I_Mmaq;i  
n_1：1.46 MgyV{`  
n_2：2.08 CqOvVv  
8`l bKV  
E Mq P  
>J,Rx!fq3  
光栅#1——结果 *o <S{  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 yU]NgG=z:-  
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。 qT}<D`\  
KfD=3h=  
   :23w[vt=  

Lq<#  
光栅#2——参数 CmKbpN*  
假设光栅为矩形。 #InuN8sI  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 2ZW {  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 8i"v7}  
光栅周期：250 nm <=2\xJfxB  
光栅高度：490 nm Hy}oSy26  
填充因子：0.5 5nC#<EE  
n_1：1.46 ;zk& 7P0  
n_2：2.08 ?Co)7}N  
MHNuA,cz  
LCKCg[D  
L|O[u^  
光栅#2——结果 C],"va  
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。 [H ^ktF  
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。 ;>YLL}]j  
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