[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 !1 :%!7  
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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。 0XV8B  
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任务说明 H4C]%Q  
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简要介绍衍射效率与偏振理论
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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。 )kLTyx2&  
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： O$dz=)  
om6'%nXhn  
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。 )+;Xfftz  
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： zN2CI6  
Z$qLY<aV  
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。 :x"Q[079  
E= 3Ui  
光栅结构参数 X@l>mAk
  
研究了一种矩形光栅结构。 xgsEJE  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 fmqHWu*wG  
根据上述参数选择以下光栅参数： D#VUx9kugv  
光栅周期：250 nm #.1+-^TQk  
填充因子：0.5 }HdibCAOf  
光栅高度：200 nm }>`rf{T  
材料n_1：熔融石英（来自目录） u-v/`F2wN  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 'ii5pxeNI  
}N@8zB~X  
XMt)\r.  
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偏振态分析 u7Z-kZ
  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 &y\7
pAT\  
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。 IRWVoCc9/\  
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。
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模拟光栅的偏振态 -8Z;s8ACo  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： [S Jx\Os  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Y52f8qQq  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 94uAt&&b(  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 } O:Y?Wq
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Passilly等人更深入的光栅案例。 JU>F&g/|  
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。 l~",<bTc  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 a]=k-Xh  
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光栅结构参数 TR7j`?  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 0j\} @  
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。 W}6OMAbsE;  
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。 &/+LY_r'<I  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 $p(  
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光栅#1——参数 "`6pF8k  
假设侧壁倾斜为线性。  $I*<gn9  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 :OEovk(`  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 =lb5 #  
光栅周期：250 nm a_
z1S Z2[  
光栅高度：660 nm g#*LJ`1  
填充因子：0.75（底部） wZe>}1t  
侧壁角度：±6° rq(9w*MW:  
n_1：1.46 (R^qY"H 2  
n_2：2.08 i>j(Dsv  
K=K]R01/o  
7!;48\O]w  
?1afW)`a.v  
光栅#1——结果 td!Y
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这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 }5b,u6  
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 [Q jl*  
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   As>-9p>v  
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光栅#2——参数 ']C" 'b  
假设光栅为矩形。 P*!~Z*"  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ^ }kqAmr  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ,DIr&5>p2  
光栅周期：250 nm Z,_EhEm  
光栅高度：490 nm q;Rhx"x>T  
填充因子：0.5 p3Z[-2I  
n_1：1.46 `Lj'2LoER  
n_2：2.08 MhDPf]` Gg  
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光栅#2——结果 |_\q5?S  
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。 O*lMIWx  
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。 Dzr(Fb  
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