[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 hnH:G`[F  
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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。 h&.9Q{D  
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任务说明 r=8]Ub[  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 P?\rRB  
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。 $Pl>T09d  
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： CSwNsFDR%  
7ugmZO}lL  
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。 1rTA0+
h  
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： :cIE8<\%  
fM \T^X  
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。 }evc]?1(  
>aN@)=h}  
光栅结构参数 .r[J} O"  
研究了一种矩形光栅结构。 {I`B?6K5  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 7A7K:,c  
根据上述参数选择以下光栅参数： 2 R1S>X  
光栅周期：250 nm g)xzy^2e  
填充因子：0.5 %|r@q  
光栅高度：200 nm Mp"] =  
材料n_1：熔融石英（来自目录） d<fS52~l  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） u&r@@p.  
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偏振态分析 |0A n|18  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 oKzV!~{0M;  
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。 UyTq(7uo  
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。 7q$9\RR5  
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模拟光栅的偏振态 iTqv=  
LP#CA^*S  
 p^\>{  
pl|<g9  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Z*jhSy  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 lr,hF1r&Y  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 D;d'ss;  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 tAbIT;>  
[sACPn$f  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ~'v^__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。 @b-?KH  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。

S#2'Jw  
klv^310  
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光栅结构参数 tH17
Z  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 q'",70"\  
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。 8Bo'0  
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。 r$G;^  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 @fbvu_-].  
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x\I9J4Q  
光栅#1——参数 q\d'}:kfu  
假设侧壁倾斜为线性。 oV,>u5:B  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 pd>EUdbrp&  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 h#;fBQ]   
光栅周期：250 nm n3~xiQ'  
光栅高度：660 nm ~A>3k2N/e  
填充因子：0.75（底部）
~wh8)rm  
侧壁角度：±6° ~cU,3g  
n_1：1.46 Gd:fWz(  
n_2：2.08 /`:5#O  
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光栅#1——结果 9~Q.[ A  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 qhLe[[>  
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。 EDL<J1%  
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光栅#2——参数 <Pg.N  
假设光栅为矩形。 \HTXl]  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 GMB%
A  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 CNfeHMT  
光栅周期：250 nm G)'cd D1  
光栅高度：490 nm {Qlvj.Xw  
填充因子：0.5 HO&#Lv  
n_1：1.46 W#-M|  
n_2：2.08  7&l  
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光栅#2——结果 ]U'KYrh  
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。 1w1(FpQO.  
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。 oy/#,R_n%  
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