[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。 =zcvR {Dkp  
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任务说明 }Pg}"fb^  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 .PUp3X-  
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。 Ptv'.<-  
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： W-n4wIj"  
Ec@n<KK#  
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。 p2i?)+z  
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： 6`e7|ilh6  
Mz(Vf1pi%  
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。 akzGJ3g  
bItcF$#!!!  
光栅结构参数 zl|z4j'Irc  
研究了一种矩形光栅结构。 GT&}Burl/n  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 c0gVW~I1  
根据上述参数选择以下光栅参数： Kf[d@L  
光栅周期：250 nm &xQM!f  
填充因子：0.5 DVL-qt\;n  
光栅高度：200 nm P9 <U+\z  
材料n_1：熔融石英（来自目录） @owneSD qN  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） S%i^`_=Q  
eyCZ[SC  
TmQIpeych  
l}))vf=i  
偏振态分析 9Rnypzds  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 {_O!mI*  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 _s=H|#l  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 kt/,& oKI  
J~k9jeq9  
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模拟光栅的偏振态  <OMwi9  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ]dpL PR  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 `<C<[JP:o  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 hzqJ!  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 69g{oo  
d#g))f;  
Passilly等人更深入的光栅案例。 "jFf}"  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 08`|C)Z!  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 %c }V/v_h  
o$rjGa l  
}Y~Dk]*  
7>JTQ CJ  
光栅结构参数 NBYJ'nA%;f  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 +xFn~b/  
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。 .,bpFcQ  
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。 _QPqF{iI  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 *;Jb=  
;o_F<68QP  
:!%VSem  
光栅#1——参数 : uncOd.  
假设侧壁倾斜为线性。 k{}> *pCU  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 513,k$7  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ->
sxz/L  
光栅周期：250 nm 3e_tT8
  
光栅高度：660 nm 4l$OO;B  
填充因子：0.75（底部） s^wm2/Yw  
侧壁角度：±6° O$,Fga  
n_1：1.46 )kpEcMlR  
n_2：2.08 va6Fp2n<1*  
!_S#8"  
pHV^Kv#  
YV O$`W^N  
光栅#1——结果 v/+ <YU  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 B/twak\  
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。 ?d7,0Ex P  
s2;~FK#/  
   $%y q[$^  
f[@96p?a[  
光栅#2——参数 i\i%WiRl  
假设光栅为矩形。 J2bvHxb Rd  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 [C'bfX5HB5  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 b6D;98p  
光栅周期：250 nm z 6:Wh  
光栅高度：490 nm Pe`(9&iT.  
填充因子：0.5 ;qshd'?*  
n_1：1.46 <J/ =$u/  
n_2：2.08 AI|vL4*Xd  
3Z!%td5n  
?Nos;_/  
=8AT[.Hh  
光栅#2——结果 l5[5Y6c>  
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。 YKyno?m  
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。 dljE.peL  
   $R9D L^iD  
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