[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。 te\h?H  
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任务说明 KYkS6|A  
M)`HK .  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 uK;K{  
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。 (!0j4'  
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： J~iOP  
h5&
/hBN  
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。 XJ:>UNf5;  
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： uO ?Od  
%R.xS} Q  
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。 'nlRY5@2  
wUK7um  
光栅结构参数 >k&8el6h  
研究了一种矩形光栅结构。 UK"}}nO@e  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Zp7yaz3y  
根据上述参数选择以下光栅参数： Ue{vg$5||  
光栅周期：250 nm 3C rQBIj1  
填充因子：0.5 Wa[x`:cT?u  
光栅高度：200 nm S]e j=6SP  
材料n_1：熔融石英（来自目录） t_I\P.aMA  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） B]^>GH  
4?>18%7&  
XOysgX0g  
* MSBjH|  
偏振态分析 9^ >M>f"  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 AezvBY0'`z  
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。 Sc1+(z  
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.jNV{e\F  
{J,6iP{>ZN  
-,~;qSs  
f{y]  
模拟光栅的偏振态 <`R|a *  
2PVx++*]C  
|'V DI]p&  
 SwdC,  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 3[0w+{(Q  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 $?FS00p*|X  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Q'Jv}'eK_  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 le7 `uz!%  
 20I4r  
Passilly等人更深入的光栅案例。 `6a]|7|f  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 V#ndyUM;  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 t6'61*)|0  
nE/=:{~Ws  
cQ8dc+ {  
s1X]RXX&j  
光栅结构参数 n,t6v5>88  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 v"z(JF  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 _9D|u<D  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 H4M{_2DO  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 }qc#lz  
W8f`J2^"M  
cyW;,uT)D  
光栅#1——参数 blJIto'  
假设侧壁倾斜为线性。 nIfN"  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 o_iEkn  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 12idM*  
光栅周期：250 nm h^}_YaT\  
光栅高度：660 nm }<vvxi  
填充因子：0.75（底部） mO#I nTO  
侧壁角度：±6° +'-rTi\  
n_1：1.46 A#<vG1  
n_2：2.08 `SCy<w3$+[  
_1sP.0 t  
,{?wKXJ}L!  
+H7y/#e+3  
光栅#1——结果 GGH;Z WSe  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 A:/}`  
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。 '<TD6jBs  
7'Lp8  
   l1&5uwuF  
~%`EeJwT  
光栅#2——参数 d+tj%7  
假设光栅为矩形。 AWO0NWTB  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 *xPB<v2N:P  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 B$ui:R/ t  
光栅周期：250 nm [q'eENG  
光栅高度：490 nm @8|Gh]\P  
填充因子：0.5 _ j~4+H  
n_1：1.46 $57\u/(  
n_2：2.08 Rfht\{N 7  
0{Bf9cH  
~P/]:=  
`4LJ;KC(  
光栅#2——结果 
u*hH}  
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。 Vc|NL^  
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。 GWgd8x*V  
   W,Ty=:qm*  
S/VA~,KCe;  
I:F <vE  

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