[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 `ucr;P  
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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。 :B_ itl0{e  
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任务说明 gl6*bB=  
)Chx,pcx<  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 NB/ wJ3 F  
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。 }qdGS<{  
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： T EqCoeR  
h3L{zOff  
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\GP+Ota  
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： Y]1b39O  
r \]iw v  
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。 3Q(#2tL=  
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光栅结构参数 }3mIj<I1;  
研究了一种矩形光栅结构。 `_&7-;)i*\  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ,`< [ej   
根据上述参数选择以下光栅参数： A&QO]8  
光栅周期：250 nm GCPSe A~cx  
填充因子：0.5 j'JNQo;q  
光栅高度：200 nm e?~6HP^%.  
材料n_1：熔融石英（来自目录） E M
Kv)5MH  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） liq9P,(  
s5ddGiZnBT  
U.QjB0;  
6~0.YZ9  
偏振态分析 w873: =  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 =h2zIcj  
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。 j_*#"}Lcp  
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。 lGZ^ 8  
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$n?@zd@53  
模拟光栅的偏振态 H{CG/+x  
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Mrlv(1PQT  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： k:0HsN!F9  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 `PR)7}/<  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。  Ju#t^P  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 mmG+"g$|  
7Z/KXc[b  
Passilly等人更深入的光栅案例。 PNn{Rt  
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。 *w538Vb  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Jtxwt[  
F+!K9(`|  
\j]i"LpWb  
.W<yiB}^  
光栅结构参数 d&QB?yLd  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 SablF2doa  
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。 EI*B(  
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。 N%\!eHxy  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ?HBNd&gZ1G  
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光栅#1——参数 V!F# ek:  
假设侧壁倾斜为线性。 j ,'$i[F'  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ee.#Vhz  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 2n]Br  
光栅周期：250 nm r9Wk7?w)  
光栅高度：660 nm Oozt&* F  
填充因子：0.75（底部） R(sPU>`MX  
侧壁角度：±6° ? -PRS.=%  
n_1：1.46 #%xzy@`  
n_2：2.08 wtCz%!OYB  
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光栅#1——结果 <0r2m4z  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 90oG+T4  
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。 |gW>D=rkj  
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光栅#2——参数 F(J6 XnQ  
假设光栅为矩形。 Qx-/t9`!Z  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 r wtU@xsD  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 TzT(aWP"  
光栅周期：250 nm /*)zQ?N  
光栅高度：490 nm -s5j^U{h|  
填充因子：0.5 J|-X?V;ZW  
n_1：1.46 *"\QR>n  
n_2：2.08 [=[>1<L>  
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光栅#2——结果 '%.
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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。 8X,dVX5LT  
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。 #"J8]3\F  
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文档信息 +>b~nK>M
 
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