摘要

 

       光柵結構廣泛應用於各種光學應用場景，如光譜儀、近眼顯示系統、脈衝整形等。快速物理光學軟體VirtualLab Fusion通過使用傅立葉模態方法(FMM，也稱為RCWA)，為任意光柵結構的嚴格分析提供了通用和方便的工具。為此，複雜的一維或二維週期結構可以使用介面和調製介質進行配置，這允許任何類型的光柵形貌進行自由的配置。在此案例中，詳細討論了繞射級次的偏振態的研究。

任務說明

簡要介紹繞射效率與偏振理論


 

       某個繞射級次（n）的效率表示有多少的輻射功率被繞射到這個特定的級次中。它是由複數值瑞利係數計算出來的，瑞利係數包含了每個繞射級次（向量）電磁場的全部資訊。瑞利係數本身是由FMM對光柵的特徵值問題進行嚴格分析的結果。
 

       如果在TE/TM坐標系(CS)中給出瑞利係數，則可以計算繞射效率：

 

       其中，為覆蓋層和襯底層的折射率， 為所分析的階次的入射角和繞射角。此外，A表示輻射光的振幅。

       如果瑞利係數沿 x、y 和 z 給出瑞利係數，則必須應用以下方程：

       因此，必須考慮所給出的瑞利係數的坐標系。預設情況下，光柵坐標系中為 。

光柵結構參數

偏振態分析


 

       現在，用TE偏振光照射光柵，並應用圓錐入射角（）變數。

       如前所述，瑞利係數的平方振幅將提供關於特定級次的偏振態的資訊。

       為了接收瑞利係數作為檢測器的結果，需要選擇光柵級次分析器件中的單個級次輸出，並選擇所需的係數。


 

 
 
 模擬光柵的偏振態

       瑞利係數現在提供了偏振態的資訊：

       在圓錐入射角為0（=0）時， 為1 ，而 為0。這說明繞射光是完全偏振的。

       對於=22°，最小值 的值為0.33 ，最大值為0.67。此時，67%的光是TM偏振的。

       對於>50°，係數接近為常數，因此偏振態也是常數。
 

Passilly等人更深入的光柵案例。
 

       Passilly等人的工作研究並優化了亞波長光柵下繞射光譜的偏振態，以獲得不同狀態之間的高度轉換。

       因此，他們將模擬結果與製作樣品的測量資料進行了比較。

光柵結構參數

光柵#1——參數


 

光柵#1——結果

       這兩幅圖對比之下匹配度很高，特別是圖表的趨勢。

       與參考文獻相比，模擬中光柵結構進行了簡化，存在一些小的偏差。由於缺乏關於實際的更詳細的光柵結構的資料，這種簡化是必要的。

光柵#2——參數

光柵#2——結果


 

       這兩幅圖對比之下再次顯示出非常好的匹配度，特別是圖表的趨勢。

       與參考文獻相比，模擬中光柵結構進行了簡化，存在一些小的偏差。由於缺乏關於實際的更詳細的光柵結構的資料，這種簡化是必要的。