[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 U6pG  
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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。 -zq_W+)ks  
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任务说明 7|"gMw/  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 BpGK`0H  
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。 SRixT+E  
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： {bSi3oI  
t&r-;sH^[  
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。 W+'|zhn  
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： Z|z+[V}[  
3+%c*}KC~  
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。 .!\NM&E  
jM E==)Y  
光栅结构参数 tWNz:V  
研究了一种矩形光栅结构。 M]+FTz  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 t/=xY'7  
根据上述参数选择以下光栅参数： %Q}T9%Mtj  
光栅周期：250 nm 5F8sigr/h  
填充因子：0.5 R9/(z\'}  
光栅高度：200 nm azj:Hru&t#  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 1w)#BYc=L  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） p.gaw16}>  
QzwA*\G  
=]OG5b_-Y  
P(1bd"Q  
偏振态分析 *uLlf'qU]  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 v\Y362Xv  
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。 w2!5Cb2  
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。 *o/Q#  
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模拟光栅的偏振态 }NQ{S3JW  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Yxa
l%  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 50:$km\  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ^cE|o&Rm;  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 2Mc}>UI?eO  
5z8!Nmb/  
Passilly等人更深入的光栅案例。 =%4vrY `  
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。 "g)@jqq:>  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 xwwy9:ze*l  
+v 9@du  
yW&|ZJF?  
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光栅结构参数 26YY1T\B)  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 %|l^oC+E  
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。 / M(A kNy  
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。 <c[+60p"  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 AwhXCq|k  
,cR=W|6cQm  
MCOz-8@|Y  
光栅#1——参数 I/ pv0  
假设侧壁倾斜为线性。 Z|YiYQl[)  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 >Lh+(M;+F  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 : QK )Ym  
光栅周期：250 nm $
Ik\^:-  
光栅高度：660 nm 87P.K Yy  
填充因子：0.75（底部） hw?'aXK{  
侧壁角度：±6° o(,u"c/Or  
n_1：1.46 =?U"#a  
n_2：2.08 sv<U$M~)X  
x[Xj[O  
T@PtO"r  
\vBpH'hR,'  
光栅#1——结果 $z-zscco  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Hq.ys>_  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 =='~g~  
<$WRc\}&g  
   {wWh;  
<lHelX=/  
光栅#2——参数 $a|D
R  
假设光栅为矩形。 %KxL{HY  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 D2$"!7O1H  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ?QGAiu0  
光栅周期：250 nm k T$yHB #  
光栅高度：490 nm BJgg-z{Y  
填充因子：0.5 M<t>jM@'A#  
n_1：1.46 nu{bEp  
n_2：2.08 Pdc- 3  
w$~|/UrLf  
-lM4*+f  
>b>3M'  
光栅#2——结果 \`N%77A  
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。 mmrx*sr=  
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。 a}3sG_(Y  
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