[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。 =SY5E{`4p  
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任务说明 aahAUhF  
86.LkwlqoH  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 fevLu[,  
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。 [8T  
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： JjH#,@'.  
v&.`^O3W  
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。 1Tn0$+$.4  
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： ,}9G|$  
W>ZL[B
Q  
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。 IB!^dhD!Q  
jQrj3b.NC3  
光栅结构参数 %TO=]>q  
研究了一种矩形光栅结构。 :j
sa.X  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 %]~XbO  
根据上述参数选择以下光栅参数： ,d^ze=  
光栅周期：250 nm Cd>GY  
填充因子：0.5 pv:7kgod  
光栅高度：200 nm j\,HquTR  
材料n_1：熔融石英（来自目录） a{?`yO/ 2  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） >lD*:#o  
$6&P 69<  
AixQR[Ul*c  
m 6Xex.d  
偏振态分析 +3@d]JfMh  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 QQQ3
U  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 >g):xi3qK  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 ,&wTUS\  
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模拟光栅的偏振态 UKIDFDn6_  
t}Z*2=DO  
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y:FxX8S$'e  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： L&C<-BA/  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 mLa0BIP  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Qv3g 4iJ  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。
(IAc*V~  
Hh/Z4`&yi  
Passilly等人更深入的光栅案例。 bzz{ p1e  
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。 V}leEf2'  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 (}$~)f#s  
x~7_`=}rO  
UfE41
el:  
MNy)= d&<P  
光栅结构参数 f87>ul!*  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 6 (:^>@  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 >JNK06T  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 %s]l^RZ  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 vV2px  
Ol;}+?[Q  
r#Pkhut  
光栅#1——参数 k+(UpO=/*  
假设侧壁倾斜为线性。 1[QH68  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。  T?!&a0  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 =xO q-M  
光栅周期：250 nm Tk9/1C{8  
光栅高度：660 nm \u|8MEB  
填充因子：0.75（底部） 8QFn/&Ql$B  
侧壁角度：±6° 9fWr{fx  
n_1：1.46 B{ i5UhxD  
n_2：2.08 -
:O~J#D  
C:$12{I?*  
\O]1QM94Y  
Sa V]6/|  
光栅#1——结果 &"V%
n  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Jm%hb,  
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。 yIS.'mK  
l:!4^>SC  
   $,vZX u|Qw  
8[\(*E}d!X  
光栅#2——参数 a'/yN{?p  
假设光栅为矩形。 #}^kMD >  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 V^qZ~US  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 YF{KSGq  
光栅周期：250 nm mp_
(ke  
光栅高度：490 nm X@,xwsM%tb  
填充因子：0.5 ]jWe']T  
n_1：1.46 jV_Eyi3  
n_2：2.08 O/gBBTB  
|?c v5l7E  
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dAOmqu,6  
光栅#2——结果 kcH?l  
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。 J~Gq#C^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。 E'p5  
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