[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。 NPc%}V&C(u  
ry< P LRN  
cQ8:;-M   
PLY7qMw  
任务说明 >'T%=50YH  
K7l{&2>?  
};+s0:H  
~J2Q0Jv  
简要介绍衍射效率与偏振理论 )3 r1; ^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。 @E)XT\;3  
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!=S[  
g&bO8vR=  
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。 Qpc{7#bp  
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： 0PfFli`2;  
}F.1j!71L  
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。 UEeqk"t^  
vLke,MKW  
光栅结构参数 a@a1/3  
研究了一种矩形光栅结构。 "L)pH@)  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ?~K2&eo  
根据上述参数选择以下光栅参数： Rk=B;  
光栅周期：250 nm VO`A  
填充因子：0.5 %qQ(@TG  
光栅高度：200 nm 1,QRfckks  
材料n_1：熔融石英（来自目录） /f[_]LeV]  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Vg+SXq6G  
m\>x_:sE  
Z~|J"2.  
'!I?C/49k  
偏振态分析 oN$ZZk R  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 }cT}G;L'-  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 q-Qws0\v.  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 <(MFEIt  
Q.\>+4]1&&  
-Gpj^aBU  
}';&0p2Z  
模拟光栅的偏振态 ws=TR  
h$&XQq0T  
ah92<'ix  
cTnbI4S;  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： _~kcr5  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 kUt9'|9!  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 0o]K6b  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 #dft-23  
rA`\we)  
Passilly等人更深入的光栅案例。  {5udol5?  
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。 ~c^-DAgB  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 h[]N=X  
{dwV-qz  
yjq )}y,tF  
nf4P2<L!  
光栅结构参数 s]iOC6v  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 XbC8t &Q],  
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。 B<LavX>F  
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。 DX";v J  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 IT(c'}  
/v{[Z&z  
%\cC]<>  
光栅#1——参数 |DW'RopM  
假设侧壁倾斜为线性。 >{S$0D  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 q UnFEg  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 4m*(D5Y=|  
光栅周期：250 nm )ta5y7np  
光栅高度：660 nm zmFFBf"<  
填充因子：0.75（底部） k%g xY% 0  
侧壁角度：±6° O[y`'z;C  
n_1：1.46 j,xPN=+hT  
n_2：2.08 zq.&Mw
?  
=T)2wcXBB  
x]oQl^F  
E/ZJ\@gzD  
光栅#1——结果 <k](s  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 3ms/v:\  
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。 _6!/}Fm  
$:[BB,$  
   R3n&o%$*  
<o+ 7
U  
光栅#2——参数 fWyDWU  
假设光栅为矩形。 j9}0jC2Tb  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 u;Eu<jU1  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 *BsDHq-F~  
光栅周期：250 nm DA$Q-  
光栅高度：490 nm ^P/D8cXa4  
填充因子：0.5 hPz df*(8  
n_1：1.46 J'y
N' 0  
n_2：2.08 sjI[Vq  
*\KMkx  
cWO )QIE  
oks=|'&  
光栅#2——结果 !rg0U<bO!  
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。 V6MT>T  
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。 9K46>_TyH  
   C;q}3c*L  
npcBpGL{  
x7Rq|NQ  

shubucuo