[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。 }m!T~XR</  
8pmWw?  
.ErR-p=-  
Lxa<zy~b  
任务说明 g6q[ I8  
Qz"@<qgQy  
?:PF
;\U  
CyS.GdyP  
简要介绍衍射效率与偏振理论 5"#xbvRS0H  
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。 787i4h:71  
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： 9dg+@FS}=  
Gy
E5jh2  
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。 4YMUkwh  
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： Ud-c+, xX  
Lz-(1~o  
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。 7n#Mh-vq  
-P]onD  
光栅结构参数 \a:-xwUu<  
研究了一种矩形光栅结构。 o>M&C X+j$  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 J@Nq  
根据上述参数选择以下光栅参数： ZYl*-i&~?  
光栅周期：250 nm <XpG5vV  
填充因子：0.5 ovtZHq/  
光栅高度：200 nm K
`R  
材料n_1：熔融石英（来自目录） G*VcAJ[  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） )=h+5Z>E1  
Oi!uJofW  
`?"[u"*  
H|N,nkhH}  
偏振态分析 n\scOM)3  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 6r5<uZ9w_X  
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。 [
MM`#!K%  
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。 p6{8t}  
7baQ4QY?n  
i;<H^\%  
x8rp Z  
模拟光栅的偏振态 k8sjW!2  
4H%Ai(F}_  
"qY_O/Eg]]  
5 .bU2C  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Gy[m4n~Z5  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 d>Np; "  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 c(S66lp  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 \N]2V(v  
!vSj1w  
Passilly等人更深入的光栅案例。 SnW>`  
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。 yFqB2(Dv  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 8z"*CJ@  
8<g9 ~L  
%wux#"8  
xcl8q:  
光栅结构参数 dxeLu  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。  Hn,;G`{  
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。 n#5%{e>  
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。 m:{IVvN
_  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 [,ns/*f3R  
lxD~[e  
PeB7Q=d)K1  
光栅#1——参数 g~$cnU  
假设侧壁倾斜为线性。 h>'Mh;+  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 LZ#SX5N  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ],
ISWb  
光栅周期：250 nm nx'D&,VX  
光栅高度：660 nm .q(1  
填充因子：0.75（底部） (E?X@d iu  
侧壁角度：±6° PzDekyl  
n_1：1.46 [E|%  
n_2：2.08 iyf vcKO  
<MBpV^Y}  
6{PlclI !  
p{4nWeH?B  
光栅#1——结果 $4&e{fLt|v  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 loFApBD=$^  
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。 7gcJ.,Z.  
r5g:#m
F"  
   `Kq4z62V  
wLz@u$u?  
光栅#2——参数 P+nd?:cz  
假设光栅为矩形。 Z]1jg>")  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 RwptFO  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 P<A_7Ho  
光栅周期：250 nm /V@9!  
光栅高度：490 nm V t@
]  
填充因子：0.5 <^8&2wAkJ  
n_1：1.46 },LO
]N|  
n_2：2.08 v46 5Z  

HTU?hbG(  
+Q+>{HK  
Pwg?a  
光栅#2——结果 ~*Kk+w9H<  
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。 V*w~Sr%  
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。 L1J~D?q  
   TO~Z6NA0  
lo:{T_ay  
UiLiy?EJ  

shubucuo