[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 CG#lpAs  
GK6/S_l%D+  
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。 uX/K/4  
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任务说明 Y5mQY5u|  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 8NF93tqD6  
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。 q\DN8IJ  
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： -G'U\EXT  
zG\& ZU  
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。 ,r5'nDV=d  
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： 7!qO*r  
^uiQZ%;  
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。 k`we_$/Gw  
isBtJ7\Sc  
光栅结构参数 1 
b&<De  
研究了一种矩形光栅结构。 V><,.p8  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 a^vTBJXo  
根据上述参数选择以下光栅参数： 6y+_x'  
光栅周期：250 nm {<}9r6k;f  
填充因子：0.5 "1P[D'HV4|  
光栅高度：200 nm 42oW]b%P{;  
材料n_1：熔融石英（来自目录） XJZ\ss  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） M&[bb $00j  
!{1;wC(b  
c1ga{c`Z  
K0aT(Rc e  
偏振态分析 9}|x N8  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 "M;aNi^B  
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。 FG:t2ea  
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。 IRknD3LX  
BQ:hUF3  
p3,m),  
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模拟光栅的偏振态 ^j!2I&h1  
XN^l*Q?3n  
^?V9  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： >d3`\(v-  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ZX8AB  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 x%'5rnm|  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 M!wa }  
v]GQb  
Passilly等人更深入的光栅案例。 \1He9~6  
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。 nYnBWDnV  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 >Jk]=_%  
'NNfzh  
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光栅结构参数 @tIY%;Bgk  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 MBq
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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。 <y=+Gh  
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。 zCdcwTe  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 oLS/  
`m`Y3I  
LO;?#e7  
光栅#1——参数 NmA6L+  
假设侧壁倾斜为线性。 9i46u20  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 P,rD{ 0~  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 #9glGPR(  
光栅周期：250 nm +>ld  
光栅高度：660 nm K=Z.<f  
填充因子：0.75（底部） 4;2  
侧壁角度：±6° -
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n_1：1.46 z5J$".O`  
n_2：2.08 &0`i(l4]l  
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光栅#1——结果 ZY|$[>X!  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 `^HK-t4q  
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。 ^GS\(egt  
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光栅#2——参数 f28bBuv1?  
假设光栅为矩形。 (]` rri*^  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 twox.@"U  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 !;UoZ~  
光栅周期：250 nm t,u;"%go  
光栅高度：490 nm 7]_zWx,r  
填充因子：0.5 RF= $SMTk  
n_1：1.46 CiV^bYi  
n_2：2.08 Ro_jf

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光栅#2——结果 ;Z9(ll:<$  
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。 J|w%n5Y  
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。 1ozb tn  
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