[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。 8?(4E 'vf  
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任务说明 rUuM__;d  
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简要介绍衍射效率与偏振理论  [g/g(RL  
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。 xE}q(.]  
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： e5AiIVlv  
Lh0<A%  
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。 :jhJpm1Xq  
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： 5-sxTp  
<vAg\Tv:S  
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。 4iw+3 Q|  
?$gEX@5h  
光栅结构参数 y@(U6ZOyx  
研究了一种矩形光栅结构。 "B\qp"N  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Vw,dHIe(3  
根据上述参数选择以下光栅参数： AKHi$Bk  
光栅周期：250 nm )QKZI))G0  
填充因子：0.5 >yaz  
光栅高度：200 nm /1^%32c  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 3}sd%vCK  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Ltu
;sw  
[bZXzV(  
FPu,sz8  
_qGkTiP  
偏振态分析 u=4tW:W,  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 m*(8I=]q  
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。 o|UZdGu  
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。 cLXMq"?C  
t[X'OK0W%3  
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_|#)tWy}  
模拟光栅的偏振态 Va{`es)hky  
0R; ;ou  
-m-~  
f-3lJ?6  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息：  ]@<O!fS  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 (llg!1  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 DSQ2z3s2  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 y0z}[hZ  
pV1~REk$&  
Passilly等人更深入的光栅案例。 [aIQ/&Y  
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。 h>fY'r)DAx  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 B>JRta;hj  
AJj6@hi2P  
+H+OYQ>^  
i5rAb<q`  
光栅结构参数 zEa3a  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 k/*r2 C  
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。 o8Tt|Lxb$8  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 WJl&Vyl2FL  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 -[G+*3Y{7  
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{6RT&w  
光栅#1——参数 mgg/
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(  
假设侧壁倾斜为线性。 !x&/M*nBE  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 8*lVO2  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 {Z$Aw4a"d  
光栅周期：250 nm }]/"auk  
光栅高度：660 nm hX<0{pXM4  
填充因子：0.75（底部） \]GBd~i<  
侧壁角度：±6° 0>>tdd7  
n_1：1.46 RtN5\  
n_2：2.08 JH5ckgdZ  
EQMn'>  
<&Y7Q[  
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光栅#1——结果 }ob#LC,  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Fq9AO~z  
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。 =M>pL+#  
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光栅#2——参数 ZI}7#K<9X  
假设光栅为矩形。 3
u_[=a  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 AYf
W}V"  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 `gx_+m^  
光栅周期：250 nm ~CQsv`
 
光栅高度：490 nm ,A4v|]kq]  
填充因子：0.5 1d"g$i4e  
n_1：1.46 zXIVHC,"{  
n_2：2.08 COZ<^*=A#p  
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光栅#2——结果 gQ6_]~4  
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。 F8S% \i  
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。 %`?IY<  
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