[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。 V%KW[v<G<  
kjYO0!C  
{ 'mY>s7  
j$i8@]  
任务说明 \#*;H|U.x  
-,CndRKx  
'H-YFB$l  
ba:du |Ec  
简要介绍衍射效率与偏振理论 LYo7?rp  
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。 F v^80M=z  
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： L\'qAfRZ  
B qi
q  
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。 w+TuS).  
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： )k<~}wvQ0  
l4.@YYzbp.  
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。 9(gOk
  
5T@'2)BI=  
光栅结构参数 i{RS/,h4  
研究了一种矩形光栅结构。 .`8,$"`4)  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 vWU4ZBT8G  
根据上述参数选择以下光栅参数： U=?"j-wN  
光栅周期：250 nm _EBDv0s  
填充因子：0.5 z\ $>k_  
光栅高度：200 nm d:WhP_rK9  
材料n_1：熔融石英（来自目录） c!FjHlAnP  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） -(,6w?  
YY>Uf1}*9  
OL+40J  
NGD2z.  
偏振态分析 TVh7h`Eg  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 g.VIe  
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。 5|={1Lp24g  
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。 &WV 9%fI  
z:,!yU c  
0r&9AnnWu+  
>$9yQ9&|  
模拟光栅的偏振态 |(8h:g  
"TNUw&ih  
':>*=&  
>~8Df61o`  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： y:Ab5/bHy  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 xa^HU
~  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 :iC\#i]6  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 )/^$J
Yz  
H/I`c>Zn  
Passilly等人更深入的光栅案例。 c|a|z}(/J  
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。 oD2;Tdk  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 JF=ABJ=  
6spk*
 8e  
UR=s{nFd  
,H1~_|)<  
光栅结构参数 2g545r.  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 +Y[+2=lO  
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。 +W4g:bB1  
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。 p&27|1pZm  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 !\ukb  
\gXx{rLW  
^( VB5p  
光栅#1——参数 AWNd(B2o  
假设侧壁倾斜为线性。 U.0/r!po  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 LP_F"?4  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 o/ 5Fg>d  
光栅周期：250 nm 1"6k5wrIA  
光栅高度：660 nm LK5H~FK  
填充因子：0.75（底部） pa73`Ca]  
侧壁角度：±6° >Tx;<G  
n_1：1.46 'Mqa2o'M  
n_2：2.08 JH;DVPX9z  
4!qDG+m  
dG$0d_Pq  
.e+UgCwi  
光栅#1——结果 6p{x2>2y[  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Zi)8KO[/0  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 m(P)oqwM  
0-HE, lv  
   f}!26[_9{  
#|i{#~gxM  
光栅#2——参数 pwC/&bu  
假设光栅为矩形。 ijYLf.R<  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 qm8
RRDG  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ~.PYS!" +  
光栅周期：250 nm 0/]vmDr  
光栅高度：490 nm Q.AM  
填充因子：0.5 #"JU39e  
n_1：1.46 YPEd XU8}  
n_2：2.08 Shd,{Z)-Tg  
xGA0] _  
\&90$>h  
M8}M*\2  
光栅#2——结果 ^IYN"yX_  
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。 uSjMqfK  
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。 ?Sxnq#r#  
   {jI/9  
ISmnZ@  
|L&V-f&K  

shubucuo