[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。 x)q$.u+  
Mns=X)/hc  
T sJ71  
(a,`Y.  
任务说明 Vz5<Gr  
Z +<Y.*6  
03 v\v9<T  
(d <p
xx  
简要介绍衍射效率与偏振理论 z;0]T=g  
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。 &t@ $]m(  
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： hL;??h,!_  
"VsS-b^P  
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。 ri9n.-xs  
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： uxq#q1  
t!ZFpMv]n  
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。 G0r(xP?  
`AdHyE  
光栅结构参数 6|Rj YX  
研究了一种矩形光栅结构。 iVqF]2>  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 }u5J<*:bZ  
根据上述参数选择以下光栅参数： R,zp&L  
光栅周期：250 nm $i `@0+:  
填充因子：0.5 uMC0XE|S  
光栅高度：200 nm $- Z/UHT  
材料n_1：熔融石英（来自目录） mL,{ZL ^  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） +A_jm!tJS(  
Dt]FmU  
Y}x_ud,  
6>EoU-YX}l  
偏振态分析 Hp fTuydU  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 =gB{(   
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 5bWy=Xk B  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 h/l?,7KHI  
Y7yzM1?t  
m)<N:|  
tki
x@Q!;\  
模拟光栅的偏振态 A<g5:\3  
Od]wh  
stCFLYox  
Yr:$)ap  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息：
0I.!  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 rmnnV[@o  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 =u&NdMy  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 }% ?WS  
23UXOY0BW  
Passilly等人更深入的光栅案例。 `VOLw*Ci  
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。 ~/R}K g(  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 _ID =]NJ_  
_k W:FB  
<=~'Pd-f(  
]h&?^
L<.  
光栅结构参数 7o M]qLF  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 YWa9|&m1  
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。 '#8;bU  
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。 5s2/YG=  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 SB!m&;Tb  
E{|n\|  
%6<2~  
光栅#1——参数 KT
u&R6|  
假设侧壁倾斜为线性。 rxIYgh  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 j: B,K.:  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 +&TcTu#.`  
光栅周期：250 nm [$GQ]Y  
光栅高度：660 nm \"@`Rf   
填充因子：0.75（底部） e%DF9}M  
侧壁角度：±6° @sb00ad2q  
n_1：1.46 ;%aWA  
n_2：2.08 m-!z(vcn  
2$%0~Z5  
!HHbd|B_  
JYWc3o6  
光栅#1——结果 38q0iAH  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 O0<GFL$)&  
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。 Y3wL EG%,:  
(vf5qF^  
   5B=Wnau  
TMQu'<?V  
光栅#2——参数 NBZ>xp[U  
假设光栅为矩形。 |k9A*7I  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 $JXQn  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 oE4hGt5x{  
光栅周期：250 nm OL
"So u4  
光栅高度：490 nm @AdJu-u  
填充因子：0.5 ,s1n!@9  
n_1：1.46 %4E7 Tu,1  
n_2：2.08 tlFc+3  
MRHkQE+K@8  
S$I:rbc  
P X<,/6gz  
光栅#2——结果 eL!G, W  
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。 Swz1RT  
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。 !P26$US%P  
   L:F:ZOM6`  
QcQ|,lA.HI  
Q-N.23\1  

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