[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 V2SHF  
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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。 >|pN4FS  
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任务说明 =p[a Cb i  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 489xoP  
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。 48,uO!  
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： xC9?Wt'  
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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。 -Rwx`=6tV  
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： XFv^jSF  
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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。 GvBmh.  
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光栅结构参数 !-m 'diE  
研究了一种矩形光栅结构。 25;(`Td5  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 E5IS<.  
根据上述参数选择以下光栅参数： LMNmG]#!  
光栅周期：250 nm mgTzwE_\  
填充因子：0.5 :W9a t  
光栅高度：200 nm }J`cRDO  
材料n_1：熔融石英（来自目录） A`* l+M^z  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 5FE&  
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偏振态分析 I9<%fv  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 9w6 uoM  
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。 Wjli(sT#-  
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。 VV/aec8  
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模拟光栅的偏振态 7b7WQ7u  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： V}ls|B$Y  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 T_d)1m fl  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 J(SGaHm@  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 >[ g=G  
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Passilly等人更深入的光栅案例。 f
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Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 rl x6a@MiD  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 {$V2L4  
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光栅结构参数 QQt4pDir>  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 g""Ep  
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。 iz0:  
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。 8~F?%!X  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 I]%Kd('  
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光栅#1——参数 6ld /E  
假设侧壁倾斜为线性。 {&a6<y#-  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 P-DW@drxF  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 P26"z))~d  
光栅周期：250 nm 211V'|a_>  
光栅高度：660 nm 5}b)W>3@`  
填充因子：0.75（底部） @)wsHW%cjz  
侧壁角度：±6° =mSu^q(l  
n_1：1.46 \uO^wJ}  
n_2：2.08 #N;&^El  
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光栅#1——结果 IG:2<G  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 6  $`l  
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。 v57<b&p26  
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光栅#2——参数 n}- _fx  
假设光栅为矩形。 D G|v'#  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 DS_0p|2  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 2XEE/]^  
光栅周期：250 nm /<%EKu5  
光栅高度：490 nm y;(G%s1  
填充因子：0.5 #. 71O#!  
n_1：1.46 [Zzztn+  
n_2：2.08 cc
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光栅#2——结果 { `xC~B h  
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。 IfT: 9 &  
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。 %xKZ"#Z#K  
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