[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 +gbX}jF0%  
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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。 |8DH4*y!  
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任务说明 0
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简要介绍衍射效率与偏振理论 "<PoJPh  
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。 KMxNH,5  
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： `2B*CMW{  
} * ?
n?'  
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。 d]O_E4X*  
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： `G=ztL!gq  
;mf4U85  
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。 h` irO5  
p3M#XC_H]  
光栅结构参数 /~o7Q$)-b  
研究了一种矩形光栅结构。 TIcd _>TW  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 w?]ZU-  
根据上述参数选择以下光栅参数： z+3<$Z  
光栅周期：250 nm ~-XOvKJb  
填充因子：0.5 EX`"z(L  
光栅高度：200 nm g  ,/a6M  
材料n_1：熔融石英（来自目录） N5pinR5 H  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ~t'#nV  
Zdv.PGn  
${A5-  
Yw$a{5g  
偏振态分析 q[{:  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 :V&N\>Wo  
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。 A[u)wX^`f^  
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。 {Oy9RESqc  
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dO>k5!ge|:  
模拟光栅的偏振态 u] F70C^~  
qSFc=Wwc  
1vB-M6(  
ayV6m  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： jP1$qhp  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 *ZGX-+{  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 `^v4zWDK  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 z=ML(1c=  
-Qg 2qN2{  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ( MB`hk-d  
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。 UH5w7M  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。  Sa%zre@  
uz]E_&2  
@O@fyAz  
`@h:_d  
光栅结构参数 .CVUEK@Z4  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 RXGHD19]  
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。 .qSBh hH\  
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。 ;knd7SC  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 d!`lsh@tF  
Qm $(  
Ds{{J5Um%  
光栅#1——参数 7N>oY$&)  
假设侧壁倾斜为线性。
vT?Q^PTO  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 CXTt(-FT  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 *i`v~>  
光栅周期：250 nm ]\OWZ{T'j  
光栅高度：660 nm b& V`<'{  
填充因子：0.75（底部） L'>s(CR  
侧壁角度：±6° |</"
N-#S  
n_1：1.46 GP*
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n_2：2.08 bFSlf5*H  
jRofG'  
2-~a P  
Ejq=*UOP  
光栅#1——结果 SC'BmR"ox  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 "ml?7Xl,n  
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。 2A*/C7
 
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   ,E&Bn8L~O  
NUMi])HkN  
光栅#2——参数 ]pWP?Ws  
假设光栅为矩形。 So#dJ>  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 "9qp"%  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 \EZ+#3u  
光栅周期：250 nm NH'iR!iGo  
光栅高度：490 nm i|%5  
填充因子：0.5 hm3jpWi8  
n_1：1.46 k5a\Sq}  
n_2：2.08 ?yp0$r/  
*wwhZe4V  
^|aNG`|O  
]c}=5m/  
光栅#2——结果 @F?=a*s"!  
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。 &s:=qQa1  
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。 B20_ig:  
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