[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。 ;{HDz$  
@i(9k  
a;KdkykG  
+\%]<YO  
任务说明 &d6ud|  
9 4H')(  
"3]}V=L<5  
B%u[gN
Z  
简要介绍衍射效率与偏振理论 o~y{9Q  
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。 V.$tq  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： ><IWF#kUA  
/'.gZo  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 2`;XcY4A  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 8Uh|V&  
QPLWRZu@  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 ;u(*&vRqr^  
l,Y5VGiH#  
光栅结构参数 @+zWLq!1pB  
研究了一种矩形光栅结构。 Ebj0 {ZL  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Sn'!Nq>  
根据上述参数选择以下光栅参数： Md>C!c  
光栅周期：250 nm -le^ 5M7  
填充因子：0.5 V D7^wd9  
光栅高度：200 nm "8ZV%%elp  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 'xai5X  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） n2-+.9cY  
YWd2bRb  
EI?8/c  
"]p
&7  
偏振态分析 v,Z]Vqk  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 OMmfTlM%  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 }m?Ut|  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 O^./)#!#  
z<!A;.iD  
<4;, y*"n  
1V[ZklS  
模拟光栅的偏振态 >{~xO 6H  
}oG6XI9  
Ca?w"m~h  
2P`./1L  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： _nzq(m1@  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 L3Y2
HZ  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 MD1X1,fk  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 8/)q$zs  
dn])6Xl;i  
Passilly等人更深入的光栅案例。 &-^*D%9  
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。 B[YyA  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Cb<7?),vK  
!.V_?aYi8  
S=V  
"8zMe L  
光栅结构参数 kzUj)  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 *wmkcifF;  
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。 rmvrv.$3  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 yr>J^Et%_  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 E>*b,^J7g  
lQ ki58.  
_a"| :kX  
光栅#1——参数 CiHx.5TiC  
假设侧壁倾斜为线性。 B/lIn'=  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 xA:;wV  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 @|ZUyat  
光栅周期：250 nm q
0>9T  
光栅高度：660 nm ,mCf{V]#  
填充因子：0.75（底部） V#b*:E.cA  
侧壁角度：±6° >#mKM%T2MJ  
n_1：1.46 g]44|9x(W  
n_2：2.08 B&59c*K  
.L#4#IO  
*1b0IQ$g  
? B|i  
光栅#1——结果 Dn#5H{D-d  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 x7l}u`N4  
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。 q2*)e/}H  
SV ~QH&0'  
   Bw`?zd\*  
a8[%-eW,  
光栅#2——参数 "tk1W>liIN  
假设光栅为矩形。 q |Pebe=  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 f]Aa$
\@b  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 a>8]+@  
光栅周期：250 nm $`0^E#Nl  
光栅高度：490 nm d1^5r 31  
填充因子：0.5 Jq>5:"jZ0  
n_1：1.46 g0/R\  
n_2：2.08 3~WI3ZIR  
 L=!h`k  
^5 "yY2}-  
+dq2}gM  
光栅#2——结果 SU7,uxF  
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。 HH
(2  
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。 u5U^}<}y}  
   9 s2z=^  
,e`n2)  
}\N ~%?6D  

shubucuo