[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。 je4w=]JV  
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HJS.047  
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任务说明 wpt='(  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 H:JLAK  
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。 <0.$'M~E  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： bo=ZM9  
*P!e:Tm)  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 A[dvEb;r  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： p|/j4@-h  
ia{c  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 BtdXv4V  
0Hw-59MK  
光栅结构参数 lE ;jCN  
研究了一种矩形光栅结构。 Q U F$@)A  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 /DO/Tqdfe  
根据上述参数选择以下光栅参数： Gy Qm/I  
光栅周期：250 nm 3PUAH  
填充因子：0.5 /_-;zL  
光栅高度：200 nm u%dKig  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Ekm7 )d$  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ixh47M  
daAyx-  
(5Tvsw`  
`}no9$l~  
偏振态分析
|m?vVLq  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 "%QD{z_L  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 &~f3psA  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 qG9+/u)\  
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|"$uRV=qm  
模拟光栅的偏振态 SnTDLa  
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L1)@z8]
 
d(*fy}  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： =]Hs|{  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 MYnH2w]  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 6vf\R*D|A  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 g#K'6VK{  
1(GHCxA8G  
Passilly等人更深入的光栅案例。 }GnwY97  
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。 } i)$n(A)K  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ]&i+!$N_  
QI!i  
h#Ce_,o  
4R) |->"  
光栅结构参数 4`2$_T$F  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 _2mNTJi
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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。 ^!;=6}YR  
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。 .Nx W=79t  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 mf|pNiQ,  
g>7Y~_}  
re,.@${H  
光栅#1——参数 *R`MMm  
假设侧壁倾斜为线性。 YirC*  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 I8op>^N"  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 'CS.p!Z\  
光栅周期：250 nm kJ: 2;t=  
光栅高度：660 nm K{}4zuZ  
填充因子：0.75（底部） "t&{yBQ0u  
侧壁角度：±6° JFqf;3R  
n_1：1.46 ?9u
4a_x  
n_2：2.08 0%)5.=6  
!Zwf 397  
0v"&G<J  
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-J+<`  
光栅#1——结果 H]qq ~bO[  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 nY) .|\|i  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 Gbd?%{Xc-  
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   /?zW<QUI  
`h;}3r#R{  
光栅#2——参数 g^o_
\hp  
假设光栅为矩形。 a|N0(C  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 A:Rw@B$  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 oG_~3Kt  
光栅周期：250 nm 9Nl*4  
光栅高度：490 nm 8g5V,3_6  
填充因子：0.5 ^)cM&Bxt%  
n_1：1.46 U \Dca&=  
n_2：2.08 T~Yg5J  
y-`I) w%  
C"T,MH  
g+Ph6W  
光栅#2——结果 K M]Wl_z  
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。 FH n,]Tfx  
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。 p\txlT  
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