[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。 kV*y_5g  
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任务说明 PWf{aHsr  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 O, bfdc[g4  
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。 L eG7x7n  
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： '_q: vjX  
[47K7~9p  
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。 8CHb~m@^$  
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： Bg+<*z-?e  
, aRJ!AZ  
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。 }XfS#Xr1aV  
p?dGZ2` [I  
光栅结构参数 p/\$P=  
研究了一种矩形光栅结构。 OYqYI!N/  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 dD/29b(  
根据上述参数选择以下光栅参数： c8k6(#\  
光栅周期：250 nm cCo07R  
填充因子：0.5 m[g< K  
光栅高度：200 nm Hj5WJ{p.  
材料n_1：熔融石英（来自目录） ]wkSAi5z*  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 9B!im\]O  
>wg9YZ~8  
Sb:zN'U  
QrNL7{  
偏振态分析 b'Fx),  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 < "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。 <F#*:Re_y  
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。 Sy+]SeF&  
egxJ3.  
$nGbT4sc  
^*cMry  
模拟光栅的偏振态 Q.pEUDq/  
P`Hd*xh".j  
Z30z<d,j  
V7B=
+(xK  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Y^c,mK^  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 G*vpf~q?  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 AhbT/  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 0p:ClM2O  
j,|1y5f  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Wvut)T  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 h9Tf@]W   
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 5o
T2)yz  
=E{{/%u{{S  
SCfkv|hO  
-CU7u=*b  
光栅结构参数 VQNYQqu`[  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 a O"nD_7  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 j$|Yd=  
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。 L6[rvM|9_  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 G!e}j @@  
sl^s9kx;C$  
:"<B@Z  
光栅#1——参数 RKoP6LGw  
假设侧壁倾斜为线性。 8zCGMhd  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 }> !"SU:d  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 s_GK;;  
光栅周期：250 nm Ew?/@KAV\  
光栅高度：660 nm l$p_])x  
填充因子：0.75（底部） aCUV[CPw  
侧壁角度：±6° qOcG|UgF  
n_1：1.46 OU)p)Y_z  
n_2：2.08 YL9t3]  
p(x1D]#Z[  
7G>0,'XC  
os(Jr!p_=  
光栅#1——结果 So)KI_M  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 0'q(XB`i=  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 _} X`t8Lh  
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   I(?|Ox9"?  
XC$+ `?  
光栅#2——参数 G7/?hky 0.  
假设光栅为矩形。 "
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忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 G"U>fwFuK  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 3Q*RR"3  
光栅周期：250 nm 2=Y_Qrhi  
光栅高度：490 nm =qS^Wz.  
填充因子：0.5 WkDn  
n_1：1.46 $Va]vC8?  
n_2：2.08 :_~PU$%0  
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光栅#2——结果 S"KTL*9D  
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。 , R.+-X  
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。 Z'>eT)  
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