[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。 8
]#FvgX  
r-T1^u  
I%.nPOQ 8  
$s_k/dM~&  
任务说明 /H<{p$Wd  
FsqH:I4O  
3V]dl)en%  
r%;|gIky  
简要介绍衍射效率与偏振理论 (A?>U_@  
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。 YIk@{V  
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： P.YT/  
~m fG Yk"  
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。 Uc!k)o#=  
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： zYaFbNi  
=Z.0-C>W  
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。 {mU%.5  
W7!Rf7TK  
光栅结构参数 diXWm-ZKL  
研究了一种矩形光栅结构。 B*G]
Dr)e  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 b,Eq-Z;  
根据上述参数选择以下光栅参数： QI[WXxp  
光栅周期：250 nm B9"d7E#wHF  
填充因子：0.5 DQ0S]:tC  
光栅高度：200 nm [lIX&!T"  
材料n_1：熔融石英（来自目录） vL_yM  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） gbMA-r:IC  
#_ulmB;  
6OE xAn8  
EF&CV{Sw  
偏振态分析 ox SSEs  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 V(cU/Aia^  
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。 3F,M{'q
 
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。 &</)k|.A6\  
`u3kP  
8T"L'{ggWB  
X(Af`KOg[  
模拟光栅的偏振态 y={ k7  
*ssw`}yE'  
G9xl-ag+z  
G!`%.tH  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： HCr}|DxyK  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 n$ByTmKxv  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 6\l F  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 pej-W/R&  
#_\**%,<  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ();Z,A  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 :&5u)  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 e|C2/U-  
)T '?"guh`  
X%-"b`  
TS#1+f]9J<  
光栅结构参数 {31X  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 /7B3z}rd  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 1f3g5y'z5  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 zk }SEt-  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 7/&taw%i  
&pl)E$Y  

]l }v  
光栅#1——参数 L]=mQo  
假设侧壁倾斜为线性。 >l}v _k*~B  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {B=64,D^7R  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 oTk\r$4eb  
光栅周期：250 nm FXk*zXn6  
光栅高度：660 nm }#Up:o]A!  
填充因子：0.75（底部） E5gt_,j>  
侧壁角度：±6° B$c'^ )  
n_1：1.46 Bph(\= W  
n_2：2.08 )cgNf]oy  
D0\*WK$  
tZ
) ,Z<  
 k=t{o  
光栅#1——结果 QBmARQ  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 c&#Q`m  
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。 IF&edP[V  
W;Dik%^tg  
   `$4wm0G|  
u<
"-S63+  
光栅#2——参数 Fbotn(\h@  
假设光栅为矩形。

]x1ba_  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 m k~F@  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 O&CY9 2)Lk  
光栅周期：250 nm WO69Wo\C  
光栅高度：490 nm j~rW 2(  
填充因子：0.5 oeVI 6-_S  
n_1：1.46 4J9Y  
n_2：2.08 BDL[C<d(  
%7[d5[U~ZA  
aEUEy:.  
4D.h~X4  
光栅#2——结果 6X2w)cO  
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。 , Sf:R4=  
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。 ZDK+>^A)  
   cor!Sa>  
gT fA]  
y
qb$,$  

shubucuo