[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。 ^N{k6
>;  
W "k|K:  
OT@yPG  
fK"iF@=Z`  
任务说明 _JA:.V^3gm  
\OY}GR
Kt  
9DPb|+O-  
.6Fsw   
简要介绍衍射效率与偏振理论 QXY}STs  
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。 @k9Pz<ub  
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： WL:0R>0  
-yl;3K]l  
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。 #D0 ~{H  
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： UKj`_a6  
V:>`*tlh  
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。 He<;4?:  
"k, K~@}  
光栅结构参数 #N9d$[R*  
研究了一种矩形光栅结构。 6n,xH!7  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 yV2e5/i  
根据上述参数选择以下光栅参数： Tyd h9I  
光栅周期：250 nm -N4z-ozhC  
填充因子：0.5 \Z'/+}^h  
光栅高度：200 nm 9(OAKUQ  
材料n_1：熔融石英（来自目录） - wWRm  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） R;'?;I  
R[Nbtbv9Q  
I=odMw7Hj  
GW8CaTf~  
偏振态分析 '$6PTa  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 R{`gR"*  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 
I^:F)a:  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 v2=/[E@  
,5. <oDH  
6klD22b2$  
ZPvf-PqJl  
模拟光栅的偏振态 yzg9I  
p&O8qAaO  
-=sf}4A  
Gk 6fO  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ?Q?598MC  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。
--A&TV  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 [S)G$JW  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 b!,j
a?  
 J `x}{K  
Passilly等人更深入的光栅案例。 BUDGyl/=  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 XmlIj8%9[&  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 l?<q YjI  
z{/LX \  
q0g1EJar  
q<EEb  
光栅结构参数 OEI3eizgH  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 -%i#j>  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 1lsLG+Rpxi  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 3C#RjA-2[  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 r@Nl2  
&+]x;K  
P=Puaz5&{  
光栅#1——参数 J?,?fqb  
假设侧壁倾斜为线性。 dk8y>uLr_  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 1w17L]4  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 .jaZ|nN8`  
光栅周期：250 nm + ~~ Z0.[  
光栅高度：660 nm ]zcV]Qj$~  
填充因子：0.75（底部） &rP~`4Mkp  
侧壁角度：±6° kfRJ\"`   
n_1：1.46 p+)C$2YK  
n_2：2.08 #'8)u)!  
P#v^"}.Wd  
SM
$\;)L  
0Nt%YP  
光栅#1——结果 B>@D,)/bT5  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 BvQUn@ XE  
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。 %z2oDAjX  
PU"S;4m  
   #w;;D7{@m  
*0\k Z,#BJ  
光栅#2——参数 ,# eO&  
假设光栅为矩形。 s&0*'^'O[S  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 R}hlDJ/m-  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 jceHKl  
光栅周期：250 nm :v#8O~
  
光栅高度：490 nm G>JxIrN0  
填充因子：0.5 ;AltNGcM  
n_1：1.46 F'XlJ M  
n_2：2.08 61kO1,Uz*  
?;fv!'?%  
%; qY'+  
X
~%IM1+L;  
光栅#2——结果 qhnapZJ  
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。
|veBq0U  
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。 N" ;^S  
   :/~_sJt C  
9!c
W  
3}yraX6r!  

shubucuo