[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。 0aTEJX$iZ  
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任务说明 iS:PRa1  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 %/6e"o  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 Gw\G+T?M-  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： SSL%$:l@  
HYI1 o/}  
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。 g'}`FvADi  
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： %_j?<h&  
5uD#=/oV  
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。 L?D~~Jb  
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光栅结构参数 .J1Hg  
研究了一种矩形光栅结构。 )/+eLRN5G  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 sjkKaid  
根据上述参数选择以下光栅参数： a'>$88tl  
光栅周期：250 nm 9 .&Or4>  
填充因子：0.5 `!Ge"JB6   
光栅高度：200 nm k`2B9,z  
材料n_1：熔融石英（来自目录）  +,F= -  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） \\R*V'e!  
mtWx ?x  
\HP,LH[P:  
.X<"pd*@e  
偏振态分析 RZ
/+K=  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。
wsb=[$C  
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。 X_tW#`  
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。 >;'1k'  
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模拟光栅的偏振态 XvzV lKL  
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|H+k?C-w  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： k+Ma_H`  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 C1Pt3  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 qLW-3W;WUH  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 y/sWy1P7  
{z[HNSyRs  
Passilly等人更深入的光栅案例。 fssL'DD  
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。 [vjkU7;7A  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 9 <kkzy  
s<r.+zqW  
<T.3ZZ%  
Aya;ycsgE  
光栅结构参数 RH'F<!p  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 J*lYH]s  
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。
{R{%Z  
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。 M4hN#0("4  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。  RoM*Qjw  
VY&9kN  
EPd.atA  
光栅#1——参数 P2:Q+j:PX  
假设侧壁倾斜为线性。 <T_Nlar^^  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 @%@^5  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 IO&#)Ft  
光栅周期：250 nm v!'@NW_  
光栅高度：660 nm OB i!fLa  
填充因子：0.75（底部） CD<u@l,1  
侧壁角度：±6° ?e_}X3{  
n_1：1.46 J0WXH/:  
n_2：2.08 e/% ;  
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VX>t!JP p  
%/4_|@<'  
光栅#1——结果 cSs
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这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 mlw BATi  
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。 B3+WOf5W  
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   Lp]C![\>U  
G-i_s6Wu  
光栅#2——参数 Y)5uK:)^  
假设光栅为矩形。 AA& dZjz  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 +VW]
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矩形光栅足以表示这种光栅结构。 y $DB  
光栅周期：250 nm Cg\)BHv~  
光栅高度：490 nm xY'YbHFz  
填充因子：0.5  iIEIGQx  
n_1：1.46 Joo)GIB  
n_2：2.08 vAhO!5]>\  
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光栅#2——结果 kuud0VWJ  
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。 Ay6rUN1ef  
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。 ,v5>sL  
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