[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

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。 ]uf_"D  
K.Z{4x=0  
+__Rk1CVh  
`BY`ltW  
任务说明 1XRVbQt  
1qF.0  
krU2S-  
Kfl+8UR5=  
简要介绍衍射效率与偏振理论 _Qas+8NW  
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。 MvFXVCT#  
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： D%v yO_k  

TmiQq'm[b  
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。 /
2
N%Z  
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： zFIKB9NUn  
,5:86'p  
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++rwVwj#h  
50A_+f.7%  
光栅结构参数 HL]?CWtGP  
研究了一种矩形光栅结构。 $'Z!Y;Ue  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 i`;
I"oY4  
根据上述参数选择以下光栅参数： lvlH5Fc  
光栅周期：250 nm -d]z_ SP@  
填充因子：0.5 Hn)=:lI  
光栅高度：200 nm $? Rod;  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Xs/hqIXB  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） EC0auB7G  
zO,sq%vQn'  
xAflcY>Ozs  
XA68H!I  
偏振态分析 gUcE,L  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 =k z;CS+  
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。 FKP^f\!M  
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。 E7D DMU  
$.kYAsZts  
bvG Vfr "  
2StpcAlU}  
模拟光栅的偏振态
Hw Is7  
~A)$="  
$O#h4
L_  
~+F: QrXcI  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： V*N9D>C  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 7blZAA?-  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 =@'"\ "Nh  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 t9}XO M*  
ZI1RB fR  
Passilly等人更深入的光栅案例。 tkmW\  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 k)J7) L  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 8"@<s?0\"  
SV~xNzo~  
_rM%N+$&d_  
Z7v~;JzC#  
光栅结构参数 P|?z1JUd  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 .&ZVy{uP  
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。 2a^(8A`7W  
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。 SCo9[EJ  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 [qz6_WOo  
;u%hwlo  
;WhB2/5v  
光栅#1——参数 L%DL n  
假设侧壁倾斜为线性。 M3''xrpC  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ^V:YNUqp#  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 r{btBv  
光栅周期：250 nm {MS&t09Wh  
光栅高度：660 nm 5^xt/vYa)  
填充因子：0.75（底部） Wwz>tE  
侧壁角度：±6° kU /?#s  
n_1：1.46 L81"W`?  
n_2：2.08 g^idS:GtX5  
+0OQ"2^&  
9#p^Z)[)-  
p#&6Ed*V  
光栅#1——结果 5*CwQJC<  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 H|^4e   
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。 G`n-WP  
X
:Zqgf  
   %tMfOW  
[Yv5Sw  
光栅#2——参数 \8pbPo=x  
假设光栅为矩形。 eZv0"FK X  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4eKJ\Q=nX5  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 #G,e]{gs  
光栅周期：250 nm iPIA&)x}  
光栅高度：490 nm ]Cj&C/(  
填充因子：0.5 B5cTzY.h-  
n_1：1.46 qHj4`&  
n_2：2.08 (X8N?t
J  
Eg9502Bl~8  
_k}b  
r'8e"pTi  
光栅#2——结果 suVS!} C  
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。 RPrk]<<1  
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。 `XD$1>  
   ;8A_-
$  
~$cw]R58,9  
#8`G&S*  

shubucuo