[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 l**;k+hw  
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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。 N|2y"5  
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任务说明 jAsO8  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 !z zW2>  
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。 ~ekh1^evu  
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： #m8sK(#lo  
yO>V/5`  
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。 dy>|cj  
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： C+MSVc  
/LQ:Sv7  
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。 R& =f:sEi  
".~{:=  
光栅结构参数 ~L+]n0*  
研究了一种矩形光栅结构。 e^$j5jV  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 7XyOB+aQO  
根据上述参数选择以下光栅参数： `$z)$VuP  
光栅周期：250 nm aP
>37s  
填充因子：0.5 G(1 K9{i$  
光栅高度：200 nm (w2= 2$  
材料n_1：熔融石英（来自目录） \`,xgC9K  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） "L2m-e6  
*N/hc  
BZF,=v  
oaDsk<(j;R  
偏振态分析 Vul+]h[!h  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 3#<*k>1G?  
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。 2go>  
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。 rvwy~hO"  
y?N Nz0  
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模拟光栅的偏振态 8HoP(+?  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ?G/hJ?3  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Wtv#h~jy9  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Y~"9L|`f/  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 "~p+0Xws9  
hr U :Wr  
Passilly等人更深入的光栅案例。 FUaNiAr[  
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。 '.p? 6k!K  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。  ?B4#f!X  
=2oUZjA  
f:%SW  
L=7rDW)aa  
光栅结构参数 H(\V+@~>AD  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 u;n(+8sz  
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。 mTEVFm  
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。 'H=weH  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 /= ^L iP  
$ly0h W  
:z~!p~  
光栅#1——参数 gEKO128  
假设侧壁倾斜为线性。 6D9o08  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 v>WB FvyD  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 +?e}<#vd'?  
光栅周期：250 nm YhgUCF#  
光栅高度：660 nm ULvVD6RQ47  
填充因子：0.75（底部） 9oq)X[  
侧壁角度：±6° La}o(7=s  
n_1：1.46 &`PbO  
n_2：2.08 g
Na#|  
>RR<eYu7m  
YZ[%uArm  
?0npEz|  
光栅#1——结果 ,35Ag#va  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Ve14rn  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 !3KPwI,  
slSR=XOG  
   *tAqt2{48  
p}8ratmN  
光栅#2——参数 [s %\.y(q  
假设光栅为矩形。 )@c3##Zp)  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 .cw=*<zeg  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Mw|SH;nM  
光栅周期：250 nm \DyKtrnm%  
光栅高度：490 nm ;qT5faKB3J  
填充因子：0.5 ' C6:e?R  
n_1：1.46 Q2$/e+  
n_2：2.08 <`mOU}0)  
4[H,3}p9H  
-4`sqv ]  
2))t*9;h  
光栅#2——结果 B'/Icg.T  
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。 dMgbW<uAu  
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。 J=L`]XE  
   \I xzdFF#  
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