[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 @g5qcj
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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。 |[Rlg`TQ;*  
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任务说明 9vauCIfVC  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 .Im=-#EN  
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。 ~Z~V:~  
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： 2}n7f7[/b  
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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。 #\8"d  
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： X`fb\}~R(  
=<%[P9y  
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。 !pZ<{|cH  
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光栅结构参数 D&{CC  
研究了一种矩形光栅结构。 @h9QfJ_f  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 }/lyrj
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根据上述参数选择以下光栅参数： /
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光栅周期：250 nm FP'-=zgc  
填充因子：0.5 v!W{j&N  
光栅高度：200 nm `W:z#uNG]  
材料n_1：熔融石英（来自目录） E&N~h|CL  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） V}Ee1C  
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偏振态分析 \U3v5|Q  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 2?{'(iay  
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。 .e5d#gE0  
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。 PIAE6,*  
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模拟光栅的偏振态 g4u6#.m(  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： G c\^Kg^#  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 %!r.)Wx|2  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。  wX5q=I  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Z5p [*LMO  
 T  5F)  
Passilly等人更深入的光栅案例。 \,fa"^8  
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。 mPhu#oK'f  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ):[}NDmC  
&)jq3  
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!,dp/5 V  
光栅结构参数 mITNx^p4f  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 P2@Z7DhQ  
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。 Wb>;L@jB7  
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。 @mJ~?d95v  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 3FtL<7B'.  
t.dr<   
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光栅#1——参数 4BSqL!i(  
假设侧壁倾斜为线性。 aL_/2/@X8  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 r ^\(M {  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 fZj,Q#}D  
光栅周期：250 nm O,9^R  
光栅高度：660 nm `KN>0R2k  
填充因子：0.75（底部） :EAh%q  
侧壁角度：±6° -|Zzs4bx  
n_1：1.46 %S"85#R5E  
n_2：2.08 |iI dm  
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[@ev%x,  
FuBt`H  
光栅#1——结果 i6KB\W2  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ) $_1U!z  
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。 I`_I^C3  
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W} i6{Vh  
光栅#2——参数 0cE9O9kE  
假设光栅为矩形。 rHTZM,zM=H  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 6e rY
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矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ;aV3j/  
光栅周期：250 nm 9xO@_pkX  
光栅高度：490 nm @<{%
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填充因子：0.5 kqm(D#  
n_1：1.46 O-X(8<~H=  
n_2：2.08 |~e"i<G#  
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光栅#2——结果 v>#Njgo  
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。 Lo%vG{yTr  
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。  C3{hf  
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