[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。 0O,T=z[+>  
I,4-  
-jtC>_/  
Sja{$zL+W  
任务说明 \y H3Y  
B5,QJ W*  
yC 7Vb P  
#>m, Cm  
简要介绍衍射效率与偏振理论 IgVo%)n  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 DxKfWb5 R  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： n~)HfY  
SU%rWH  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 d9-mWz(V+  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： s w.AfRQP  
n^pZXb;Y  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 7XVzd]jH  
FfxX
)p1t  
光栅结构参数 &xBK\  
研究了一种矩形光栅结构。 ,d>X/kd|o  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Vv
yrty  
根据上述参数选择以下光栅参数： ?)mhJ/IT  
光栅周期：250 nm jxnQG A  
填充因子：0.5 -M:hlwha  
光栅高度：200 nm J(EaE2  
材料n_1：熔融石英（来自目录） E
N-H4F  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） y^!E "  
?wLdW1&PpX  
_D>as\dP  
833%H`jQc  
偏振态分析  H\=LE  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ^0Q=#p  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 \U!@OX.R'M  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 F8[B^alAe  
"s>fV9YyZ  
)ew[ Ak|  
NDRW  
模拟光栅的偏振态 y^X\^Kq  
ke}Y
2sB  
e|b~[|;*=  
{}g %"mi#  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： bvipbf[m<  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 i!Dh&XT  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 my
\o P(e\  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 :vYtMp  
a1g6}ym\  
Passilly等人更深入的光栅案例。 m%oGzx+  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 oNuPP5d[]  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 egI{!bZg'\  
6wb^*dD92  
).NcLJw_  
I(OAEIz  
光栅结构参数 TsaW5ho<p  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 GSz @rDGY  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 y Y>-MoF/t  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 83KfM!w  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 a[1sA12  
w0Fwd  
~LawF_]6  
光栅#1——参数 }rzdm9  
假设侧壁倾斜为线性。 p-5Pas  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 FOCoiocPi  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 GA|/7[I}  
光栅周期：250 nm 8^/+wa+G  
光栅高度：660 nm  6
R;)  
填充因子：0.75（底部） \npz.g^c_  
侧壁角度：±6° ]urK$  
n_1：1.46 eM?rc55|  
n_2：2.08 8yE!7$Mj  
>j50 ;</  
7$(_j<o`  
jrm0@K+<IA  
光栅#1——结果 bK3B3r#$  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ?^LG hdR   
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。 { EA2  
w$gSj/  
   $brKl8P  
i{gDW+N  
光栅#2——参数 [O=W>l  
假设光栅为矩形。 X_D6eYF  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 OuB2 x=B  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 L~*u4  
光栅周期：250 nm L)q`D2|'  
光栅高度：490 nm xME(B@j  
填充因子：0.5 &&;ex9  
n_1：1.46 jEUx q%BH  
n_2：2.08 -NAmu97V}  
?E%+}P  
saatU;V  
oG!6}5  
光栅#2——结果 '.pgXsC:=?  
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。 \WWG>OUh.U  
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。 csYy7uzi  
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