[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。 XZ1<sm8t."  
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任务说明 /Es&~Fn  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 3h>56{P  
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。 pksF|VS  
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： =jW=Z$3q  
p |xMXoa`  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 _6&TCd<  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： DM)%=C6<  
?Y#x`DMh  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 }SF<. A  
Zjkrne{  
光栅结构参数 hS7o=G[  
研究了一种矩形光栅结构。 zD}2Zh]  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。
v`KYhqTUl  
根据上述参数选择以下光栅参数： ,aQ{  
光栅周期：250 nm j`$d W H/2  
填充因子：0.5 >$iQDVh!  
光栅高度：200 nm xr'gi(.o  
材料n_1：熔融石英（来自目录） p:8&&v~I  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） K#<cuHGC  
vd}Y$X  
\4pWHE/  
/qX=rlQ/n  
偏振态分析 )]a{cczL"  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 @ wJ|vW_.  
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% ZCACzV  
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。 '-5Q>d~&h  
CHX- 4-84{  
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)=c/{  
模拟光栅的偏振态 u!WjG@  
5 U{}A\q  
1'>wrGr  
b )mU9   
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： r @ IyK%  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ,8MUTXd@ V  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 xsIuPL#_  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 o?l9$"\sqb  
/kKF|Hg`c  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ",gWO8T  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 BLskUrPF  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 iO_6>&(  
hs  m%o\  
b _#r_`  
&6
mXsx$  
光栅结构参数 )FnJLd  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 0pu=,  
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。 K~B@8az  
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。 C0$KpUB  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 OL
S.0UEc  
9e*v&A2Y'  
G uLU7a  
光栅#1——参数 FV->226o%  
假设侧壁倾斜为线性。 i`}nv,  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 WG0Ne;Ho  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ?UGA-^E1  
光栅周期：250 nm B5iVT<:a  
光栅高度：660 nm {!`0i  
填充因子：0.75（底部） |6d0,muN  
侧壁角度：±6° R!8qkG  
n_1：1.46 )Kw Gb&l&  
n_2：2.08 A=S_5y  
nr t3wqJ
  
dq&N;kk |  
IY='tw  
光栅#1——结果 }c$@0x;YQ  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 bm+ #OI  
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。 3+j!{tJ z2  
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   A*r6  
V"T48~Ue  
光栅#2——参数 MvLmEmKb}\  
假设光栅为矩形。 Pl}>  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 !\ckUMZ\  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Xj^Hy"HC^~  
光栅周期：250 nm `?fY!5BA  
光栅高度：490 nm 4._U  
填充因子：0.5 [Pnk@jIk4  
n_1：1.46 G2A^+R0\  
n_2：2.08 GV1SKa  
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t69C48}15  
光栅#2——结果 }?0At<(d  
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。 dF?:&oP]  
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。 (")IU{>c6  
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