[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。 ;N;['xcx;  
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任务说明 Cr#Z.  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 AaX][2y8  
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。 %=EN 3>,  
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： 1Q>D^yPI[  
3L1MMUACL  
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。 -jdhdh  
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： nXFPoR)T  
5eJMu=UpR  
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。 6<qVeO&uZ  
sm9/sX!  
光栅结构参数 gof'NT\c  
研究了一种矩形光栅结构。 $-ICTp  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 `m7w%J.>n  
根据上述参数选择以下光栅参数： )g ; !IL  
光栅周期：250 nm odaCKhdk  
填充因子：0.5 [
B+]F~}@  
光栅高度：200 nm Gw1Rp  
材料n_1：熔融石英（来自目录） $3c9iVK~_  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） q\]"}M8  
S<nf"oy_K  
` 5lW  
cf`g.9pjlx  
偏振态分析 {;-wXzv`  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 On*pI37(\  
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。 5R}K8"d  
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。 TkyP_*  
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u|{(m_"H  
N.D7  
模拟光栅的偏振态 U *K6FWqiB  
s=[T
,:Z  
U6x$R O!  
KbTd`AIL  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ,:=g}i  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 tB)nQw7  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ,d`6 {ll  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Ahf71YP  
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1  
Passilly等人更深入的光栅案例。 e~P4>3  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 r<9G}9  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 #ni:Bwtl{  
VqL#w<A%  
e<+$E%"7hS  
 U!O"f  
光栅结构参数 l?<DY$H 0  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ;m#_Rj6  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 j{&$_  
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。 L"Dos
+  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ,Z$
!:U  
p>9|JMk  
T-a[  
光栅#1——参数 A~M.v0  
假设侧壁倾斜为线性。 I#UL nSJ3  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 U+-R2w]#q_  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 tV"Jh>Z  
光栅周期：250 nm ;q&uk-  
光栅高度：660 nm }Yargj_Gn  
填充因子：0.75（底部） FxdWJ|rN9D  
侧壁角度：±6° 9
.18E(-  
n_1：1.46 *4OB 8
8$  
n_2：2.08 \__xTL\  
w\lc;4U   
f<y-{.VnN$  
+F]=Z  
光栅#1——结果 MREB  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 /
{>_'0  
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。 a3J' c  
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   vI \8@97  
I_5[-9  
光栅#2——参数 @~&1!  
假设光栅为矩形。 LbUH`0:%t  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 g&r3;  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 i6P'_  
光栅周期：250 nm '37 <+N  
光栅高度：490 nm uNf97*~_  
填充因子：0.5 !:c_i,N  
n_1：1.46 w0PAtu  
n_2：2.08 oq9gFJG(  
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光栅#2——结果 a"m-&mN  
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。 {[~dI ~  
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。 6 \}.l  
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