[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。 sv!6zJs  
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任务说明 ogdgLTi  
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\rH0=~F-P  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 8b25D|8l  
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。 FlbM(ofY  
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： 0.U- tg0  
:vE\r#hJ"  
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。 h,MaF<~  
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： ?nM]eUAP  
+rDKx(Rk  
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。 0"mr*hyj  

d @b ]/  
光栅结构参数 {@tO9pc`8  
研究了一种矩形光栅结构。 ]C-a[  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 PD^Cj?wm  
根据上述参数选择以下光栅参数： d(,M  
光栅周期：250 nm lQ2vQz-J  
填充因子：0.5 /!hxW}>^  
光栅高度：200 nm Se!B,'C%  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Z..s /K{  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） V$ "]f6  
aM\Ph&c7e'  
OXV9D:bIa  
'lgS;ItpKu  
偏振态分析 u)Vn7zh  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 k!g%vx  
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。 2:1 kSR^Ky  
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。 R]d934s  
e8)8QmB{o  
cM=_i{c  
KP gzB^>  
模拟光栅的偏振态 ]QF*\2b-I2  
6+SaO !lR  
3nx*M=  
a.XMeB  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： zy8D&7Ytf  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 wqJ1^>TB  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 LUA<N:  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 y6>fK@K~  
"iuNYM5P  
Passilly等人更深入的光栅案例。 9lqD~H.  
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。 z[]8"C=  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 + $Lc'G+:  
n7bM
L?f'  
bG]?AiWr  
`Oe}OSxnT  
光栅结构参数 LP}'upv  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 jjg[v""3|  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 Nkk+*(Z  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 &hIr@Gi@ch  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 H `_{n<  
_Hv@bIL'  
@[O|n)7  
光栅#1——参数 C=DC g  
假设侧壁倾斜为线性。 mzn#4;m$  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 dMa6hI{k  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ]KQBek#DD  
光栅周期：250 nm ifadnl26 s  
光栅高度：660 nm K^c%$n:}+  
填充因子：0.75（底部） 35~1$uRA  
侧壁角度：±6° #$u7:p [t  
n_1：1.46 Wtp;se@#  
n_2：2.08 3moDu  
E7@m& R  
Z:>ek>Op  
Y".4."NX  
光栅#1——结果 k}e~xbh-y  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ;_A?Zl}  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 ,UW!?}@  
6FEIQ#`{  
   >'&|{s[m  
G]gc*\4  
光栅#2——参数 OsgjSJrf  
假设光栅为矩形。 {0\9HI@  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ZY8:7Q@P>  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 _O`s;oc  
光栅周期：250 nm yzyK$WN\[3  
光栅高度：490 nm +.66Ky`|[  
填充因子：0.5 `'b2 z=j  
n_1：1.46 _{?-=<V'_  
n_2：2.08 &>vfm9  
q'`LwAU}  
2@|,VN V6~  
e^orqw/I  
光栅#2——结果 RFLw)IWkL_  
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。 tIo b  
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。 X=%e'P*X  
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