[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 y \mutm  
s$2l"|h>B  
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 i-Ge*?  
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任务说明 }u
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简要介绍衍射效率与偏振理论 } Y7W1$he  
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。 o[
Wagg.%  
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： 1OfSq1G>v$  
6B!j(R  
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。 Bp=oTCG  
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： TCEXa?,L  
/w}B07.  
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。 5pKvNLy.t  
d =B@EyN  
光栅结构参数 y.ivz  
研究了一种矩形光栅结构。 Jfixm=.6  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 8f6;y1!;  
根据上述参数选择以下光栅参数： @FnI?Rx  
光栅周期：250 nm CLFxq@%nu~  
填充因子：0.5 9$\;voo  
光栅高度：200 nm Ndug9j\2  
材料n_1：熔融石英（来自目录） [iO$ c]!H  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） XYxm8ee"j  
N8MlT \+r  
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q|]0on~]  
偏振态分析 +{=_|3(  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 n.)[MC}  
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。 /v;)H#;  
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。 zb~MF_&gE  
#pm-nU%|_j  
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l:5CM[mZ  
模拟光栅的偏振态 0
57G;u/  
HC;I0&v>  
z kX-"}$8  
'Kso@St`o  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： &Lt$a_y>  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 afP&+ 5t@O  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 wMPw/a;  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 :z0>H5  
gA6h5F)_  
Passilly等人更深入的光栅案例。 sY;gh`4h  
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。 jcv1z v.  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 dD.d?rnZq7  
"aCb;2Rs  
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j~L1~@  
光栅结构参数 #Wc #fP  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Vw;ldEdx  
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。 c]>&6-;rf  
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。 >2Qqa;nx|  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 5q_OuZ/6  
&fd4IO/O  
:rs\ydDUF  
光栅#1——参数 Vg,>7?]6h  
假设侧壁倾斜为线性。 )D@n?qbG  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4(0t GF  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Va |9)m  
光栅周期：250 nm zyp"*0zUr  
光栅高度：660 nm 548[!p4  
填充因子：0.75（底部） ]20"la5  
侧壁角度：±6° =u3@ Dhw  
n_1：1.46 L5k>;|SA  
n_2：2.08 0iZ9a/v  
(~pEro]?+)  
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光栅#1——结果 $@qs(Xwr  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 k-ex<el)#  
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。 f~"V  
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   o(>-:l i0  
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光栅#2——参数 PD T\Q\J^X  
假设光栅为矩形。 b;{"lJ:+Z  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 q}F%o0  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 $t H.np  
光栅周期：250 nm C.B}Py+   
光栅高度：490 nm BSu)O~s  
填充因子：0.5 6u, 0y$3  
n_1：1.46 pOI`,i}.  
n_2：2.08 M7<#=pX&  
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光栅#2——结果 <&0*5|rR  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 Y7V&zF{  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 8!%"/*P$   
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