[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。 ENA"T-p  
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任务说明 3 q
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简要介绍衍射效率与偏振理论 {qSMJja!t  
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。 )~xH!%4F  
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： x*j eCD,  
RHd no C  
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。 "J&WH~8+N  
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： T#e|{ZCbq  
!mVq+_7]  
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。 .i;?8?  
]T40VGJ:h  
光栅结构参数 kTzO4s?  
研究了一种矩形光栅结构。 4F -<j!  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 r_8;aPL  
根据上述参数选择以下光栅参数： vEE\{1  
光栅周期：250 nm /A>nsN?:]  
填充因子：0.5 [\0>@j}Z  
光栅高度：200 nm 3*?W2;Zw$  
材料n_1：熔融石英（来自目录） .
|P :n'  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Rw63{
b/  
h`vT[u~l  
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z  
c[3x>f0  
偏振态分析 [Ak
0kH>  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 C%%gCPI^y  
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。 i}f"'KW  
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。 0Bkc93  
l"h6e$dP  
Fo0s<YlS-  
V<}chLd,  
模拟光栅的偏振态 Q4L7{^[X  
Q7zpu/5?  
NTGWI$  
_K!)0p  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ~XXNzz]?  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 AYs
HA w  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 g^#,!e  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 #N"QTD|i  
O"X7 DgbC  
Passilly等人更深入的光栅案例。 pFBK'NE  
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}beT
~FT_  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 4kK_S.&  
 zDxJK  
E8lq2r=  
p&2d&;Qo0  
光栅结构参数 Lv)1 )'v0  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 LOwd mj  
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。 ]Ee$ulJ02  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 pz{ ]O_px  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 bq8h?Q  
M`* BS  
gTLBR  
光栅#1——参数 puh-\Q/P  
假设侧壁倾斜为线性。 I,Jb_)H&t  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 EAC
I>  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 jnM}N:v  
光栅周期：250 nm SC3_S.  
光栅高度：660 nm ^ME'D  
填充因子：0.75（底部） *vqUOh  
侧壁角度：±6° S`TQWWQo;  
n_1：1.46 >oi?a
D%  
n_2：2.08 z${[Z=  
nYBa+>3BDf  
niyxZ<Z  
PH^Gj
m  
光栅#1——结果 }Q6o#oZ  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 : Hu{MN\  
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。 #D ]CuSi  
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n  
   U?5G%o(q  
m !i`|]m  
光栅#2——参数 /*M3Ns1@2  
假设光栅为矩形。 \#N?  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 e:rbyzf#  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 5e?<x>e  
光栅周期：250 nm _S-@|9\&#  
光栅高度：490 nm ['K}p24,  
填充因子：0.5 =u
.23#.  
n_1：1.46 }iUpBn  
n_2：2.08 rP!GS _RG  
:"@-Bcln  
=NNxe"Kd;U  
W|s";EAM  
光栅#2——结果 *=T(ncR['  
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。 NQvI=R-g  
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。 EP+LK?{%  
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