[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。 2.?:[1g!  
 LBw,tP  
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任务说明 +=U`  
"fS9Nx3  
CM8WI~  
V|<qO-#.  
简要介绍衍射效率与偏振理论 gO_^{>2  
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。 ]qhVxeUm  
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： Mp"] =  
Lp1wA*  
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。 Ff%m.A8d,4  
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： V ;"?='vVe  
k$3.FO"  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 B3)#Ou2  
CA[k$Sw*  
光栅结构参数 {tF=c0Z  
研究了一种矩形光栅结构。 |oPqX %?  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 k:`^KtBMl  
根据上述参数选择以下光栅参数： &> }MoB  
光栅周期：250 nm A7~)h}~   
填充因子：0.5 kZSe#'R's  
光栅高度：200 nm TJLz^%t  
材料n_1：熔融石英（来自目录） *E+)mB"~  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 4$SW~BpQ  
C'*1
w  
G@ed2T  
tj{rSg7{  
偏振态分析 >3 qy'lm  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 V4/eGh_T  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 qt/"$
6]%  
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。 vTU"c>]  
FSc730rM  
r(%#@?&  
5orA#B  
模拟光栅的偏振态  2Np9*[C  
LPewoAXO  
V +*Vi^  
q'",70"\  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Lu1>A {et  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 r$G;^  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 yd#4b`8U`  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ?8YHz  
JFR,QUT  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ]V><gZ  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 M/Bn^A8@  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 cf@:rHB}  
q+|Dm<Ug  
:%!=Ej.J  
}^)M)8zS  
光栅结构参数  QqtFNG  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 2R:['QT  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 `'+[Y;s_  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 VUagZ7p  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 <bIAq8  
c>=[|F{{e  
6i=m1Yk  
光栅#1——参数 r|?2@VE  
假设侧壁倾斜为线性。 &eK8v]|"W  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
5x4(5c5^  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 b3y@!_'c  
光栅周期：250 nm GS<,adD  
光栅高度：660 nm lZ/Yp~2S  
填充因子：0.75（底部） Q9FY.KUM  
侧壁角度：±6° b`18y cVME  
n_1：1.46 c1j
gBty  
n_2：2.08 )v0m7Lv#/  
sE-"TNONZ  
&ATjDbW*(  
wzP>Cq  
光栅#1——结果 ]UFf-  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 {9_CH<$W%U  
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。 WElB,a-RCp  
0m51nw~B  
    Ur]5AJ  
)jCAfdnCs  
光栅#2——参数 YX@[z 5*  
假设光栅为矩形。 YuLW]Q?v  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 @Je{;1  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 g%[lUxL  
光栅周期：250 nm TpZ)v.w~l7  
光栅高度：490 nm J"I{0>@  
填充因子：0.5 fu\M2
"e  
n_1：1.46 Bam7^g'*!3  
n_2：2.08 ;Fp"]z!Qh+  
NWb,$/7T  
=,,!a/U  
NWv1g{M  
光栅#2——结果 LGRX@nF#  
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。 '0/t|V<  
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。 M2vYOg`t:c  
   Z`q?pE>R  
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