[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 a$3]`  
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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。 &ZL4/e  
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任务说明
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简要介绍衍射效率与偏振理论 E.,  
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。 40O@a:q*  
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： NNMn
,J  
-^JPY)\R  
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。 B r6tgoA  
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： |-TxX:O-  
XUA%3Xr  
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。 q|
UO]V  
uR.`8s|  
光栅结构参数 y+ 4#Iy  
研究了一种矩形光栅结构。 81!gp7c  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Bkg./iP5x  
根据上述参数选择以下光栅参数： ]GDjR'[z  
光栅周期：250 nm :1;"{=Yx}  
填充因子：0.5 l{Et:W%|  
光栅高度：200 nm [Wxf,rW i  
材料n_1：熔融石英（来自目录） p^w_-(p  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） :`c@&WF8  
jW{bP_,"  
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+UiJWO
 
偏振态分析 .LGA0  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 w,j;XPp  
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。 }@~+%_;  
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。 *;l[|  
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模拟光栅的偏振态 ANfy+@  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： q.j
$]?PQ  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 u4'B  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 j=c< Lo`  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 >*\yEH9"  
mC3:P5/c  
Passilly等人更深入的光栅案例。 D~M*]&  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 f ~bgZ  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 h gu\~}kD  
^])s\a$  
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DcG=u24Xy!  
光栅结构参数 )P,pW?h$  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 (h
h^?  
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。 7`e<H8g  
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。 ^gkKk&~A5?  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ]=59_bkD:s  
9i D&y)$"  
S]A[eUF~  
光栅#1——参数 Qwp2h"t`  
假设侧壁倾斜为线性。 {1+me
E  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 qE8Di\?  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 9< S  
光栅周期：250 nm b`ksTO`}x  
光栅高度：660 nm m_FTg)_=  
填充因子：0.75（底部） uJ8FzS>[V  
侧壁角度：±6° ;9q$eK%d  
n_1：1.46 $.31<@T7  
n_2：2.08 y'n<oSB}  
GIfs]zVr`  
[^XD@  
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光栅#1——结果 !)}D_9{  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 %Aa_Bumf*:  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 "ZA`Lp;%w  
j,Qb'|f5  
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光栅#2——参数 t3C#$>  
假设光栅为矩形。 l@]Fzl  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 r
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矩形光栅足以表示这种光栅结构。 &Aym@G|k?  
光栅周期：250 nm AP8J28I  
光栅高度：490 nm 54/ZGaonz  
填充因子：0.5 (cI@#x  
n_1：1.46 j&b<YPZ  
n_2：2.08 $Rn9*OKr  
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光栅#2——结果 &vIj(e9Y  
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。  v&7x ~!O  
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。 XpA|<s  
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