[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。 /Mu@,)''  
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任务说明 EJNU761  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ~O&:C{9=  
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。 s+?zL~t  
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： b`O'1r\Y;  
1^(ad;BCy  
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。 8eHyL  
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： [ ~&/s:Vvo  
?oHpFlj  
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。 o$lM$E:  
lv+TD!b   
光栅结构参数 |2n4QBH!  
研究了一种矩形光栅结构。 @7j AL-  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 "u^H#L>-q  
根据上述参数选择以下光栅参数： 6MMOf\   
光栅周期：250 nm D\NKC@(M  
填充因子：0.5 &AbNWtCV+G  
光栅高度：200 nm zv,jM0-  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Y^EcQzLw  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） U0N 60  
}oGA-Qc}B  
D2B%0sfl~  
FSW_<%  
偏振态分析  DwE[D]7o  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 S2G
xV/E  
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。 F%D.zvKN  
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。 ]*[ 2$  
R3&Iu=g  
]R f[y  
GM f `A,>  
模拟光栅的偏振态 'XP7" N47O  
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fN^8{w/O  

Oso#+  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： !/i{
l  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ]tRu2Ygf  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 G[I"8iS,  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 =Qj{T  
%oa-WmWm  
Passilly等人更深入的光栅案例。 62o:,IcoG  
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。 hVAn>_(  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 X296tA>C`  
W^LY'ypT  
;m{1_1  
jc[Y}gd,  
光栅结构参数 J({Xg?  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 " h~Zu  
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。 ']z{{UNUN  
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。 gS]@I0y8 .  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 q"sed]  
]i ,{  
/quc}"__  
光栅#1——参数 4,gK[ dc  
假设侧壁倾斜为线性。 O6a<`]F  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ?2{Gn-{  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 <~'"<HwtK  
光栅周期：250 nm `WFw3TI  
光栅高度：660 nm Tc &z:  
填充因子：0.75（底部） u^bidd6JRn  
侧壁角度：±6° cyv`B3}  
n_1：1.46 {Y=WW7:Qx  
n_2：2.08 1&evG-#<:  
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A_ N;   
O/a4]r+_  
光栅#1——结果 )E@.!Ut4o  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 '(yAfL 9}  
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。 lC("y' ::  
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\lf;P?M^  
光栅#2——参数 5Y'qaIFR  
假设光栅为矩形。 aweV#j(y  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 2%@4]  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 #TX/aKr:  
光栅周期：250 nm Cc' 37~6~P  
光栅高度：490 nm OSWYGnZg  
填充因子：0.5 m=A(NKZ  
n_1：1.46 K&ZtRRDd  
n_2：2.08 ," Wr"  
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光栅#2——结果 &(G\[RWp\  
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。 !&ayYu##{  
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。 _A5e{Gb  
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