[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 r`C t/]c  
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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。 PAu/iqCH  
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任务说明 e3kdIOu5  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 dZ\T@9+j+  
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。 YHr<`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： Fprhu;h  
6dYUMqQ  
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。 <(Ktf0'__  
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： I)4NCjcCw  
9R4q^tGR\  
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。 7,3v,N|  
R= *vPS  
光栅结构参数 t8-LPq  
研究了一种矩形光栅结构。 |*zvaI(}  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 sB`zk[R;  
根据上述参数选择以下光栅参数： }pv<<7}|  
光栅周期：250 nm ,y/N^^\  
填充因子：0.5 +6x:+9S  
光栅高度：200 nm CB?,[#r5f  
材料n_1：熔融石英（来自目录） j(\jYH>  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ~kPZh1n`  
Y--Uo|
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r$-]NYPi  
偏振态分析 {NV=k%MTmi  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 (1Ii86EP  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 +4k7ti1Qb  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 cGe-|>:  
-44''w?z  
k'+Mc%pg4E  
X !l#1  
模拟光栅的偏振态 R8R,!3 N  
kM/;R)3t4/  
[7SR2^uf<j  
xGymQ|y84  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： CT#N9  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ,Mw;kevw  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 fHwr6"DJ  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 QsH Fk5)  
@60/IE{-v  
Passilly等人更深入的光栅案例。 a]_eSU@  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 viR-h iD  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 d512Y[ R  
1]Gp\P}  
"WHt9 yZ  
w.\#!@kZ!  
光栅结构参数 3
L(vZ2&  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Qz/1^xy  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 >vY5%%}  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 ZtqN8$[6n  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 >pn5nn1a  
6)~J5Fb  
;p'Ej'E  
光栅#1——参数 h ?%]uFJC  
假设侧壁倾斜为线性。 $N)b6(}F10  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 96 !e:TU  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 tB7g.)yZb  
光栅周期：250 nm ,BG L|5?3z  
光栅高度：660 nm Vtr5<:eEx  
填充因子：0.75（底部） p8Wik<'^  
侧壁角度：±6° \@HsMV2+zN  
n_1：1.46 wsLfp82  
n_2：2.08 #q%V|Ajq  
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X6Hd%}*mN  
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光栅#1——结果 1Qz1 Ehz>  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Zm!5X9^!  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 )j>BvO  
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   )mw&e}jRV  
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光栅#2——参数 Y^@Nvt$<K  
假设光栅为矩形。 '+c
Px\4  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 :F`yAB3  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 9!sR}  
光栅周期：250 nm  rVo?I  
光栅高度：490 nm z(&~O;;N#  
填充因子：0.5 }\Mmp+<  
n_1：1.46 #ig* !  
n_2：2.08 J< U,~ra\  
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5<y pK`Kq  
光栅#2——结果 lP:ll])p2  
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。 12,,gwh  
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。 NXw$PM|+R  
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