[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。 N5an9r&z(1  
=wR]X*Pan  
aaD$'Y,<>B  
Py25k 0j!  
任务说明 $Ex 9  
RWPdS  
_Il9s#NA%  
d|?(c~  
简要介绍衍射效率与偏振理论 wrb& ta  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 Z2j*%/  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： 3(GrDO9^  
I/b8  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 [QqNsco)  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 7 KdM>1!  
[dF=1E>W_J  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 6p6Tse]  
V?J,ab$X#  
光栅结构参数 e%c5OZ3~  
研究了一种矩形光栅结构。 ~$ qJw?r  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 sv6U%qV  
根据上述参数选择以下光栅参数： HXV73rDA  
光栅周期：250 nm f]A6Mx6  
填充因子：0.5 XM@i|AK M0  
光栅高度：200 nm Jx>B %vZ\  
材料n_1：熔融石英（来自目录） GV@E<dg$R  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） &b6@_C9  
l5OV!<7~X  
dQ|Ht[s=  
C<@1H>S4_  
偏振态分析 Z#t)Z "
 
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 Aag)c~D  
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。 jv=f@:[`I  
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。 IS4K$Ac.  
v4##(~Tu  
nK'8Mo  
qe"6#@b *|  
模拟光栅的偏振态 =yh
fL2`aw  
3N*C]  
q[+:t   
fQ_8{=<-&X  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 2/4x]i H*  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 g+r{>x  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 @wg
Gnb)  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 YJvT p~  
Hg_ XD,  
Passilly等人更深入的光栅案例。 1nTaKK q  
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。 AbI*/|sY  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 yx;R#8;b.  
=}GyI_br;8  
8[`<u[Iv  
UXB8sS*wQ?  
光栅结构参数 5 ^J8<s@_  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 i{[H3p8  
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。 /D]r

"-  
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。 "<$vU_  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 #I~dv{RX  
OSi9J.]O  
E^W*'D  
光栅#1——参数 Or)c*.|\  
假设侧壁倾斜为线性。 $<e .]`R  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 f/i,Zw  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 #&c;RPac!6  
光栅周期：250 nm bK%tQeT  
光栅高度：660 nm -vfu0XI~  
填充因子：0.75（底部） FH(+7Lz4;  
侧壁角度：±6° @5VZ   
n_1：1.46 5d{Ggg{s  
n_2：2.08 H>X1(sh#}  
%_
O>Hy|p  
pdqa)>$  
3v+}YT{>b  
光栅#1——结果 6Q.whV%y  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ?o5#Ve$-X  
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。 O|zmDp8a+  
'c(Y")QP  
   6;XpLivP7  
i1@gHk  
光栅#2——参数 0M2+?aKif  
假设光栅为矩形。 bO%ck-om!  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Pm;*Jv%  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 bJ!f,a'/  
光栅周期：250 nm 0 3 $ W  
光栅高度：490 nm `^k<.O  
填充因子：0.5 L>GYj6D9  
n_1：1.46 *`'%tp"'+  
n_2：2.08 ;QD;5 <1  
P,=J"%a-  
=C1Qo#QQ%  
>.~k?_Of  
光栅#2——结果 jt?%03iuk  
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。 ,?~,"IQyi[  
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。 8Kkr1}!wd  
   D ,^ U%<`  
pvxqeC9`  
urjp&L&  

shubucuo