[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 m,t{D, 2  
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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。 ^^7@khmNl  
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任务说明 6;:D!},'c  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 qD\9h`a  
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。 4U}J?EB?K  
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： f OR9N/  
mRC3w(W  
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。 !ry+{v+A  
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<sUB4T>#W  
LTzdg >\oJ  
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。 Ssz;d&93  
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光栅结构参数 C P&u  
研究了一种矩形光栅结构。 xR%NiYNQz  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 r<n:o7  
根据上述参数选择以下光栅参数： w{dRf!b69  
光栅周期：250 nm Y DHP-0?  
填充因子：0.5 K-\wx5#l/  
光栅高度：200 nm 0fBw
y/:  
材料n_1：熔融石英（来自目录） ,G46i)E\  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 5yK#;!:h  
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偏振态分析
XC~"T6F  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 +aEm]=3  
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。 ,D 
}Ka?  
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。 #yR&|*@  
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Or?c21un  
模拟光栅的偏振态 =`|BofR  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： :w5
g!G?z  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 )h 6w@TF  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 }PBL  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 'Z.C&6_  
8]vut{  
Passilly等人更深入的光栅案例。 [kN_b<Pc,  
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。 FGP^rTP)e  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 tw<Oy^i  
ulW>8bW&  
BH~zeJ*Pr  
6Sn&;ap  
光栅结构参数 Ag+B*  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 CYE[$*g6y  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 <+q`Dk  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 .),9qz`  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 \ILNx^$EL  
'&,p>aM  
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光栅#1——参数  ~XWBLU<  
假设侧壁倾斜为线性。 BxV>s+o&]  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 %{rb,6  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ..nVViZ  
光栅周期：250 nm 6S{F4v2/0  
光栅高度：660 nm u tkdL4G}'  
填充因子：0.75（底部） -eh .Tk  
侧壁角度：±6° T*#M'H7LSQ  
n_1：1.46 %vZHHBylu  
n_2：2.08 d(V4;8a0  
QP50.P5g  
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U<sGj~"#  
光栅#1——结果 JCBX?rM/  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 v%2Dz  
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。 e&T-GL  
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光栅#2——参数 ??.aLeF&  
假设光栅为矩形。 |X XO0  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 J| wk})?  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Srmr`[i  
光栅周期：250 nm .IY@Q  
光栅高度：490 nm ,66(*\xT  
填充因子：0.5 p&<n_b  
n_1：1.46 (91ts$jH  
n_2：2.08 NV(jp'i~  
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光栅#2——结果 p8-$MF]]6  
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。 VrfEa d  
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。 1oiS
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