[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 14Jkr)N  
i"y @Aj!7  
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。 KQrG|<J  
`c_Wk]i  
j1$s^-9  
]A:G>K  
任务说明 }xy[&-dh  
Ykj+D7rA:  
)>^!X$`3  
D +9l$**a  
简要介绍衍射效率与偏振理论 K!SFS   
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 H*EN199  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： +zsB~Vz  
(yhnvZ  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 p!
~V@l  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： :.fm LL  
8Nf%<nUv  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 Sa$-Yf  
vHx[:vuq:  
光栅结构参数 b(:U]>J  
研究了一种矩形光栅结构。 0\yA6`}!  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 A>J,Bi  
根据上述参数选择以下光栅参数： [Xo[J?w],2  
光栅周期：250 nm g,5Tr_  
填充因子：0.5 f5&K=4khn  
光栅高度：200 nm B["C~aF  
材料n_1：熔融石英（来自目录） %pImCpMR  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） &BJ"T  
.L}k-8  
V82N8-l  
c`_[q{(^m  
偏振态分析 qgw)SuwW  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 qv$m5CJvK
 
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。 O3["5  
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。 GC^>oF  
[I5}q
&  
aO$I|!tl  
o) ,1R:  
模拟光栅的偏振态 h_K!ch}  
z[0B"f  
4jdP3Q/  
,ftKRq  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 78/,rp#'_  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 RD0=\!w*5  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 =2.q=a|'  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 |'N
)HH>;  
qjmlwVw  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ,\=,,1_  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 L/2,r*LNx$  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 o==:e  
cCbZ*  
%oHK=],|1  
|WDMyKf6J  
光栅结构参数 S!+}\*  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 MC;2.e`  
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。 KetNFwbUf
 
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。 :pvJpu$]  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 fKOC-%w  
z6;6 o!ej  
~l"]J'jF"H  
光栅#1——参数 b,uudtlH  
假设侧壁倾斜为线性。 ![9umsx  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ]YWz;
Z  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Wg!JQRHtT  
光栅周期：250 nm 2nkymEPu  
光栅高度：660 nm I> BGp4AQ  
填充因子：0.75（底部） Lvm"!!  
侧壁角度：±6°
=a^}]k}  
n_1：1.46 =C 7WQ  
n_2：2.08 ?Es(pwJB  
 {B
w  
`R6dnbH  
uJ T^=Y  
光栅#1——结果 X)b@ia'"Wp  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 sFV&e->AN\  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 Zi=/w  
lgQ
"K(zY  
   "kd)dy95H  
&$g{i:)Z  
光栅#2——参数 W!t
=9i  
假设光栅为矩形。 yXT8:2M  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 F(KsB5OY?  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 9wbj}tN\z  
光栅周期：250 nm cB=ExD.Q  
光栅高度：490 nm O_\%8*;  
填充因子：0.5 ?/|KM8  
n_1：1.46 {ep(_1  
n_2：2.08 cp$GP*{@  
MUn(ZnQy|  
~sT1J|  
WT63ve  
光栅#2——结果 75^AO>gt
 
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。 6|n3e,&A2  
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。 5y8VA4L/o  
   g5:?O,?  
U*4r<y9R  
Q>(a JF  
文档信息 S`8Iu[Ma  
"fu:hHq  
0p]v#z}  
z3I |jy1