[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。 =wQ=`  
LSs={RD2+p  
- t+Mh.  
n-Xj>  
任务说明 (+@.L7>m+t  
&d2/F i+  
Psv!`K  
KXGs'D  
简要介绍衍射效率与偏振理论 ppYz~ {"r  
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。 @PI\.y_w  
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： bM'AD[  
:z:Blp>nK/  
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。 wVVe L$28  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： ~:@H6Ke[  
~,:f,FkSQ  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 :8ZxOwwv  
ev3x*}d0  
光栅结构参数 +EB##  
研究了一种矩形光栅结构。 x<l1s  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 j0GI[#  
根据上述参数选择以下光栅参数： p%s D>1k  
光栅周期：250 nm ZUu^==a  
填充因子：0.5 x\%egw  
光栅高度：200 nm
=bDG|:+  
材料n_1：熔融石英（来自目录） \x!>5Z Y  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 1gE`_%?K  
L`#+ZLo  
dd$N4&  
x6t;=  
偏振态分析 :QVGY^c  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 >W;i2%T  
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。  UyQn onS  
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。 b>i=",i
\  
WdT|xf.Q&  
1@WGbORc*  
FMn&2fH  
模拟光栅的偏振态 7'|PHQ?S  
#RF=a7&F  
cGp^;> ]M  
x3Ud0[(  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ;i9CQ0e?  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 #-;BU{3*  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 '!R,)5l0h  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 x}{VHp`|ld  
Pio^5jhB6  
Passilly等人更深入的光栅案例。 IfcFlXmt2  
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。 z7q2+;L  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 aM~fRra7  
Ro<kp8
  
CC\z_C*P-p  
~S3eatM$9  
光栅结构参数 i.sq^]j  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 9QMn%8=j  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 :j~5(K"  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 akQH+j  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 &wN 2l-  
q3F5\6aN  
f[b YjIX  
光栅#1——参数 Y9;Mey*oW  
假设侧壁倾斜为线性。 !qlGt)G3  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 blcKtrYg  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 *K|aK p}  
光栅周期：250 nm vi8~j  
光栅高度：660 nm E0Q"qEvU  
填充因子：0.75（底部） YJ$ewK4E#.  
侧壁角度：±6° @@wx~|%  
n_1：1.46 :2E1aVo4b  
n_2：2.08 G+uiZ(p>  
0>
iFXw:fn  
ZRB 0OH  
 3Mx@  
光栅#1——结果 bSf
(DSqx  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 |lxy< C4V  
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。 Nz*sD^SJa  
{yR)}r  
   d|]O<]CG_  
aLi_Hrb9  
光栅#2——参数 W(h8!}  
假设光栅为矩形。 wkD:i2E7  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 hy
iMOa  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ,
dx)rZ*  
光栅周期：250 nm fm%RNAPvc  
光栅高度：490 nm N@6OQ:,[F  
填充因子：0.5  7E`(8i  
n_1：1.46 R*Z]  
n_2：2.08 m> (h_j  
\oX8/-0f  
{X<4wxeTo  
T[-c|  
光栅#2——结果 W@,p9=425  
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。 l&*)r;9  
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。 cmhN(==  
   Eqbe$o`dd  
GWhAjL/N  
<{420  

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