[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。 xqP0Z),Ow  
4z#CkT  
[<wy@W  
QHP^1W`  
任务说明 /RX7AXXB  
*'d5~dz=  
+8Peh9"  
.IF dJ  
简要介绍衍射效率与偏振理论 lba*&j]w=  
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。 ;wW6x  
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： Y]Su<tgX?  
YV!!bI  
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。 %{zM> le9  
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： _'2r=a#`  
tE>3.0U0Q  
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。 JC>}(yQA  
,LcMNPr  
光栅结构参数 7:bqh$3!s  
研究了一种矩形光栅结构。 E+E5`-V  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 -[^wYr=  
根据上述参数选择以下光栅参数： f}Uw%S=w,  
光栅周期：250 nm |7|mnOBdDf  
填充因子：0.5 <=A&y5o  
光栅高度：200 nm <@JU0Z"a=  
材料n_1：熔融石英（来自目录） -z'@Mh|i6l  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） JXPn <  
`kekc.*-[@  
qn+mlduU  
61jDI^:  
偏振态分析
E62*J$wN@  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 !p0FJ].g,  
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。 !Z4,UTu|Q  
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。 oL VtP  
!Y\hF|[z  
M~"]h:m&'v  
K =7(=Y{  
模拟光栅的偏振态 Kl+
*Sp!  
0n(Q@O  
G1| Tu"  
$1Xg[>1g5  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： foL`{fA  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 @B&hR} 4  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 F},JP'\X  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 #jDO?Y Sa  
4SG[_:+!  
Passilly等人更深入的光栅案例。 9wtl|s%A%  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 vo0[Z,aH5  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 v- {kPc=:#  
gO$!_!@LM  
(8H^{2K~  
'}!dRpx  
光栅结构参数 Aq";z.gi+  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 F"0tv$  
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。 SKcAZC  
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。 g|nPr)<  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ja9y  
rH-_L&
 
/CX<k gz@  
光栅#1——参数 'i`;Frmg  
假设侧壁倾斜为线性。 ]+@b=J2b  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 /ox}l<ha  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 hob%'Y5%D  
光栅周期：250 nm Ay56@_d2  
光栅高度：660 nm ,l@hhaLm?  
填充因子：0.75（底部） WcqYpPv  
侧壁角度：±6° ~Q6ufTGhpM  
n_1：1.46 hwC3['  
n_2：2.08 JFZZ-t;*  
M rVtxzH  
F]~`57  
>O?EFd>E  
光栅#1——结果 !hJKI.XH  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 l'o'q7&=z  
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。 P+Hs6Q  
8E$
KR:/:4  
   T>1E  
7H./o Vl  
光栅#2——参数
z{tyB  
假设光栅为矩形。 $/pd[H[{  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 [!DLT6Qk  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 5HJ6[.HO  
光栅周期：250 nm {@C+Js5  
光栅高度：490 nm yfaXScbE  
填充因子：0.5 %q:V  
n_1：1.46 8-+IcyUza  
n_2：2.08 vU~#6sl  
.}z&$:U9[  
3RGVH,  
G>H&M#7K  
光栅#2——结果 KDCq::P<  
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。 Ai/ay# E  
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。 1Z*-@%RX  
   tAaFIIvY  
*t*yozN  
Ip<STz]-  

shubucuo