[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。 ;.xKVH/@  
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任务说明 *81/q8Az  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 [g:cG  
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。 ~,)D n  
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： 0wSy[z4V  
"D
q^r9  
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。 /B 3\e3  
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： +>2.O2)%q  
LH @B\ mS  
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。 "|Yy"iB[  
@x A^F%(  
光栅结构参数 "+`u ]  
研究了一种矩形光栅结构。 ^r(]S%  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 v$JW7CKA  
根据上述参数选择以下光栅参数： SS8$.ot  
光栅周期：250 nm 5{iNR4sq  
填充因子：0.5 $\1M"a}F  
光栅高度：200 nm /CKnXU;  
材料n_1：熔融石英（来自目录） T*C F5S  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 5&_")k3$*  
iPG:w+G  
>o`+j$j  
uTJz"c`F  
偏振态分析 Sd.Km a  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 o /1+ }f  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。
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为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 `)KGajB  
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模拟光栅的偏振态 9`VY)"rJ  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： >\J<`  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 I0x;rP  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ` l'QAIo  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 t,0}}9%?  
+;pw^QB  
Passilly等人更深入的光栅案例。 (Nd)$Oq[4  
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。 +!nf?5;  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 &t_TLV 8T  
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光栅结构参数 ]-a
/)8  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 'gD./|Z0  
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。 ,VUOsNN4\  
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。 usoyH0t!?  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 +<V$G/"  
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光栅#1——参数 d$E>bo-\   
假设侧壁倾斜为线性。 @7Ln1v  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 v6! `H  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 v"%>ms"n  
光栅周期：250 nm )Wt&*WMFXl  
光栅高度：660 nm 8NE[L#k  
填充因子：0.75（底部） `jhbKgR[  
侧壁角度：±6° 10r!p:D  
n_1：1.46 @(N} {om  
n_2：2.08 Ro<5c_k  
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光栅#1——结果 OH]45bd &7  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 QC]<`!  
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。 G@T_o4t  
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光栅#2——参数 9ku|w#%I  
假设光栅为矩形。 [{&OcEf  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ajM\\a?  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 9j-;-`$S  
光栅周期：250 nm T0b/txS  
光栅高度：490 nm zc,X5R1  
填充因子：0.5 Dd, &a  
n_1：1.46 W&I:z-VH  
n_2：2.08 &Akw V-  
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光栅#2——结果 ggfCfn
 
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。 dg+"G|nr  
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。 o{hZjn-  
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