[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。 i-k(/
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任务说明 =Y3
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简要介绍衍射效率与偏振理论 wp/x|AV  
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。 !\&4,l(  
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： +hT9V1'-D  
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K i[)  
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。 J2`OJsMwWe  
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： %#]/]B/4  
mvtuV`  
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。 okW'}@jD  
ZQJh5.B  
光栅结构参数 S7hfwu&7F  
研究了一种矩形光栅结构。  ~#zb  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 XoiZ"zE  
根据上述参数选择以下光栅参数： W?@+LQa??  
光栅周期：250 nm -
1!s8G  
填充因子：0.5 1Imb"E  
光栅高度：200 nm qkyYt#4E  
材料n_1：熔融石英（来自目录） eR8>5:V_  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） sy9YdPPE  
T~N877  
lzZ=!dG  
IG@@CH  
偏振态分析 )4/UzR$  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 N<lf,zGw  
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。 ,Hsu;I~  
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。 w?p8)Q6m  
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(WS<6j[q  
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模拟光栅的偏振态 h1?.x  
O$peCv  
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IRDD   
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ]GHx<5Q:\  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 gq?~*4H  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 e-o$bf%  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 'P)[=+O?t  
Fd0\T#k  
Passilly等人更深入的光栅案例。 :20k6)  
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。 P~*v}A  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 l'Z `%}R  
E@;v|Xc  
CW#$%  
2$QuR~  
光栅结构参数 >za=v  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ~;Xkt G:  
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。 /B9jmvj`  
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。 ol8uV{:"  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 |teDe6\m  
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Bcy$"F|r  
光栅#1——参数 -wV0Nv(V8  
假设侧壁倾斜为线性。 z15QFVm  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 / k8;k56  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 \8X8NCM  
光栅周期：250 nm h!>NS ?X7  
光栅高度：660 nm (G6N@>V(`  
填充因子：0.75（底部） p}swJ;S  
侧壁角度：±6° U^X8{,8O  
n_1：1.46 }u7&SU  
n_2：2.08 \it<]BN  
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光栅#1——结果 ui6B  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Ycx$CUC  
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。 IsCJdgG  

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光栅#2——参数 /C}fE]n{X  
假设光栅为矩形。 9wFQ<r  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 wen6"  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 jNNl5.  
光栅周期：250 nm &^YY>]1Py  
光栅高度：490 nm (Dl68]FX  
填充因子：0.5 S.OGLLprp  
n_1：1.46 way-Q7  
n_2：2.08 rzqUI*4%  
W}1h~rNy  
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光栅#2——结果 )FqE8oN-  
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。 2'r8#,)  
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。 , 0rC_)&B  
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