[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 >Li ~Og@  
&/Tx@j^.C  
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。 Q/0;r{@Tq}  
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任务说明 g/JAr<  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 !tX14O~B-  
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。 PP$Ig2Q  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： sHh2>f@x$  
Auv/w}zrr  
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。 qdUlT*fw  
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： hq\KSFP  
u4fTC})4{C  
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。 a?Q~C<k  
<6-(a;T!7  
光栅结构参数 Q;5aM%a`  
研究了一种矩形光栅结构。 zgVplp  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 VJuPC  
根据上述参数选择以下光栅参数： L'z?M]  
光栅周期：250 nm ]FQ4v.7  
填充因子：0.5
;41s&~eR  
光栅高度：200 nm Cg)#B+  
材料n_1：熔融石英（来自目录） QIo|t!7F  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 3/]J i^+  
KasOh"W.P  
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r|0C G^:C  
偏振态分析 iHQFieZ.E  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 0qJ 3@d  
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。 (}]74Lc  
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。 Gs*ea'T)  
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模拟光栅的偏振态 6^|bKoN/ f  
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c.jnPVf:  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： lywcT
! <  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 xZ4\.K\f]  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 aU#8W.~  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Ig$5Ui  
VO++(G)  
Passilly等人更深入的光栅案例。 %;^
6W7  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 l  4~'CLi  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 zA( 2+e 7  
V@cRJ3ZF  
S,Tm=} wj  
a$;+-Y  
光栅结构参数 LnR3C:NO k  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 &+%CC  
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。 /R@(yT=t  
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。 z[OW%(vrm  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 X3a:*1N  
rKi)VVkx_  
)t)tk=R9N  
光栅#1——参数 YMqL,&Q{1  
假设侧壁倾斜为线性。 t(}&<<1Bz  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 H
i.JL  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 9f BD.9A  
光栅周期：250 nm t7)Y@gRy  
光栅高度：660 nm nc$
?tC9V  
填充因子：0.75（底部） _)%4NjWKk  
侧壁角度：±6° [C7:Yg7  
n_1：1.46 h"ZF,g;a  
n_2：2.08 ?8vjHEE  

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'7_'s1  
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光栅#1——结果 Or6'5e?N  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 I`5MAvP  
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。 O#u)~C?)8  
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   cH2 nG:H  
p4aM`PW8>=  
光栅#2——参数 LU;ma((yy[  
假设光栅为矩形。 C
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h  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ?:H9xJ_^  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 U*1~Zf  
光栅周期：250 nm Z.YsxbH3  
光栅高度：490 nm JziMjR  
填充因子：0.5 Fb-NG.Z#  
n_1：1.46 +.>O%pNj  
n_2：2.08 :%!SzI?  
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光栅#2——结果 %\5y6  
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。 'n>|jw)  
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|pH>R?:  
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