[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。 8b"vXNB.f  
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任务说明 &})Zqc3Lqk  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 DfjDw/{U3L  
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。 BPSie0  
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： YF(bl1>YC  
zmg :Z p=  
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。 0HI0/Tvu$<  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： =, 64Qbau  
4D[(X=FSU  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 8iPA^b|sz{  
&8dj*!4H  
光栅结构参数 qFp]jbU  
研究了一种矩形光栅结构。 r*c x_**  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 s(:N>K5*  
根据上述参数选择以下光栅参数： S]ed96V v  
光栅周期：250 nm .7HEI;4  
填充因子：0.5 *|
,ye5"  
光栅高度：200 nm WtlLqD!_D  
材料n_1：熔融石英（来自目录） bSW~hyI w  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） x|*m ok  
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Ny$N5/b!!  
偏振态分析 +.a->SZ5"  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ?'si^N  
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。 8aY}b($*ZI  
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。 M1eM^m8U  
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模拟光栅的偏振态 ^qtJcMK+hq  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： /~+j[oB  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 C}71SlN'M  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Y+C6+I<3  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 + 7nA; C  
eMjW^-RgE5  
Passilly等人更深入的光栅案例。 RaA7 U   
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。 ~,{nBp9*  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 8*sP  
h@{CMe
 
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/<\do 1  
光栅结构参数 +2m\Sv V  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Cp]q>lM"  
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。 ~Dj_N$_+9  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 O/ZyWT  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ?V})2wwP  
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光栅#1——参数 m</nOf+C  
假设侧壁倾斜为线性。 \P9HAz'6  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Ns-3\~QSi  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 eSSv8[u  
光栅周期：250 nm rlkg.e6  
光栅高度：660 nm 2w:cdAv$  
填充因子：0.75（底部） %M-B"#OB7  
侧壁角度：±6° Es+BV+x[.c  
n_1：1.46 T]?QCf  
n_2：2.08 CQ#%v%  
vH vwH  
**Q K}j[D  
PxgLt2dXa  
光栅#1——结果 {pEbi)CF,}  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 oB
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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。 vU, ]UJ}  
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   S.NLxb/
 
g/x\#W  
光栅#2——参数 m>-(c=3  
假设光栅为矩形。 q}%;O >Z  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 &;oWmmvz{  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 0V?:5r<  
光栅周期：250 nm H3jb{S b  
光栅高度：490 nm 8(0q,7)y  
填充因子：0.5 ]73BJ  
n_1：1.46 3gY4h*|`<  
n_2：2.08 GA@Zfcg  
ahm@ +/2  
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光栅#2——结果 }&Jml%F4uR  
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。 P6o-H$ a+  
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。 w7X], auRC  
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