[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。 T+*%?2>q"  
A;*d}Xe&J  
R$
q; !  
GO__$%~  
任务说明 <}E!w_yi  
;g@4|Ro  
P,xKZ{(  
mzeY%A<0^  
简要介绍衍射效率与偏振理论 YpH&<$x:  
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。 /JHc!D  
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： }\%Fi/6Z{  
O!P H&;H  
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。 ?98("T|y;  
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： jBgP$g  
jFA
SX2.p  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 L;*ljZ^c  
P0W*C6&71|  
光栅结构参数 G_0(
|%  
研究了一种矩形光栅结构。 >+JqA7K  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 [U5\bX@$  
根据上述参数选择以下光栅参数： VKq=7^W  
光栅周期：250 nm HkO7R `  
填充因子：0.5 "t(p&;d  
光栅高度：200 nm 7s/u(~d)  
材料n_1：熔融石英（来自目录） vbb5f#WZ  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） >33=
<~#n  
~F4fFQ-yy  
1DE1.1  
]L9s%]o  
偏振态分析 MCS8y+QK  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 4kBaB  
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。 ^G4Py<s  
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。 4)@mSSfn.  
d/BM&r  
(Tn- >).AO  
E%rk[wI  
模拟光栅的偏振态 JT3-AAi[Z  
M}yDXJx  
\P.I)n`8 y  
1guJG_;z  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 9QDFEYG  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 \/: {)T~  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 bYEy<7)x  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 jz qyk^X  
-I&m:A$4*  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Fs9I7~L3  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 /H8g(  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 =<?+#-;p  
9~p[  
nEJY5Bz$  
wB!Nc Y\p  
光栅结构参数 _#r+ !e  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 9{ >Ui  
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。 5]AC*2(  
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。 mj9 <%P  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 gBC@38|6)  
L*&p!  
(C@mLu)  
光栅#1——参数 )N7Y^CN~  
假设侧壁倾斜为线性。 3NqN\5B:  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 "|qqUKJZ  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 |4B:<x  
光栅周期：250 nm B56L1^7  
光栅高度：660 nm {bJ`~b9e  
填充因子：0.75（底部） *7ZN]/VRT  
侧壁角度：±6° X]wRwG  
n_1：1.46 DXJ`oh  
n_2：2.08 Y8-86 *zC  
;\14b?TUH  
^eo|P~w g  
^,/R
O5  
光栅#1——结果 EfCx`3~EX  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 vgfcCcZ_iZ  
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。 BqD'8zLD  
_j< K=){  
   tjdaaN#,V  
q|!-0B@  
光栅#2——参数 xKuRh}^K  
假设光栅为矩形。 P)Rh=U  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ;C3US)j  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 6W]9$n\"?  
光栅周期：250 nm gcdlT7F)b-  
光栅高度：490 nm lT&eJO~?5  
填充因子：0.5 i{`FmrPO~  
n_1：1.46 a&c6.#E{y  
n_2：2.08 _'{_gei_P  
n1ly y0%u  
7UVzp v  
W4pL ,(S  
光栅#2——结果 Xq_5Qv  
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。 WtG~('g>&  
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。 "4riSxEyF  
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