[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。 ro@Zbm;P  
5|m|R"I*Y  
.`Z{ptt>  
-_uL;9r  
任务说明 T_Z@uZom.  
eno*JK  
P:lvZ   
J}j
K_  
简要介绍衍射效率与偏振理论 r4+w?=`  
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。 oge^2  
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： W{ eu_  
JsnavI6  
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。 "oz@w'rG  
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： :U)e 8  
rO]C`bg  
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。 qu[w_1%S  
EyBdL  
光栅结构参数 0p2 0Rt  
研究了一种矩形光栅结构。 q{U -kuui  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 n:wn(BC3  
根据上述参数选择以下光栅参数： GGJ_,S*  
光栅周期：250 nm '')G6-c/  
填充因子：0.5 >E]*5jqU  
光栅高度：200 nm Phb<##OB  
材料n_1：熔融石英（来自目录） qS2%U?S7  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） R(zsn;  
i44:VR|  
D>|:f-Z6Z  
AoR`/tr,  
偏振态分析 'P~*cr ?A  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 |hdh4P$+|  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 *jJ62-o  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 cYp}$  
K&X'^|en  
- a=yid  
w1}[lq@  
模拟光栅的偏振态 .Gv~e!a8  
+p[~hM6?  
l~=iUZW<  
c !;wp,c  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 7&QVw(:)M  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 $e_ps~{7$  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Yn#8uaU  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 [yyV`&  
Stc\P]%d  
Passilly等人更深入的光栅案例。 &Ch)SD  
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。 esHiWHAC  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 IN"vi|1  
"h2Ny#  
j{^
(TE  
47
RYpd  
光栅结构参数 .$k"+E  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Lm?*p>\Q  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 J4vKfxEg  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 TH|hrL;:8  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ^55?VQB  
m\f_u*  
NM@An2  
光栅#1——参数 mig3.is  
假设侧壁倾斜为线性。 ~D5MAEazS  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ]KeNC)R  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 `k&K"jA7$  
光栅周期：250 nm CiuN26>  
光栅高度：660 nm ?~.&Y  
填充因子：0.75（底部） $at|1+bQ  
侧壁角度：±6° G C'%s  
n_1：1.46 zRu`[b3u<  
n_2：2.08 5@$4.BGcF  
HIm, "iYk  
'I]"=O,  
)F9r?5}v4x  
光栅#1——结果  ~C/KA6H  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 %wW5)Y I  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 q}$=bR1+  
5Kj4!Ai  
   i@5%d!J  
==1/N{{R  
光栅#2——参数 *\KvcRMGUa  
假设光栅为矩形。 |HGb.^f?  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ZT8Ji?_n  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 :ZS8Zm"  
光栅周期：250 nm 4>VZk^%b#  
光栅高度：490 nm Sn2Ds)Pfx3  
填充因子：0.5 "P5bYq%0v  
n_1：1.46 8UT%:DlxQ  
n_2：2.08 |sqo+E  
c48J!,jCd'  
$Cd;0gdv  
A?D"j7JD=L  
光栅#2——结果 %}MA5 t]o  
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。 GGc_9?h  
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。 E)Qh]:<2v  
    n22hVw  
Uk*;C  
I0w@S7  

shubucuo