[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。 oK&G  
;uuBX0B  
XK(aH~7xme  
wJ7Fnj>u%  
任务说明 =e6!U5 f  
v/`#Gu^P  
H#bu3*'  
<H1e+l{8$  
简要介绍衍射效率与偏振理论 "fSK7%BP  
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。 z}p*";)A  
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： "(:8$Fb  
{_4zm&  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 TG.\C8;vFh  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 0LP>3"Sm  
o:Tpd 0F  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 5WtI.7r  
J!zL)u|  
光栅结构参数  1oG'm  
研究了一种矩形光栅结构。 r;fcBepO  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 X-%91z:o58  
根据上述参数选择以下光栅参数： 4o@^._-R  
光栅周期：250 nm PC)V".W1  
填充因子：0.5 3d_g@x#
9  
光栅高度：200 nm 6x8lnXtA  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Ude)$PAe%  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） @h7 i;Ok  
#YLI"/Kn  
;{g>Z|  
zM'2opiUY  
偏振态分析 OEHw%  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 8noo^QO  
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。 TI3@/SB>  
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。 !(N,tZ  
&F +hh{  
(m=F  
hx@E,  
模拟光栅的偏振态 0&2&F=fOa<  
0U:9&jP,  
bw[K^/  
diF2:80o  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ybgw#jv=  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 $2k9gO  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 y Xi$w.gr  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Fi#b0S  

5U/C 0{6  
Passilly等人更深入的光栅案例。 `VRt{p  
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。 t$*CyYb{@  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 4)d#dy::\  
qBWt(jY  
.BZ3>]F3<  
OlYCw.Zu  
光栅结构参数 ,wk %)^  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 `~ R%}ID  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 1${Cwb/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。 c(!{_+q"  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 B,ZLX/c9  
u_ym=N57`  
`z`"0;,7S  
光栅#1——参数 <ApzcyC  
假设侧壁倾斜为线性。 JA^Y:@<{/  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 V?Ye^-29  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 VW\
~
OH  
光栅周期：250 nm /;rk-I  
光栅高度：660 nm  =uIeur  
填充因子：0.75（底部） }G[Qm2k  
侧壁角度：±6° OYNPZRu
 
n_1：1.46 JUC62s#_z  
n_2：2.08 +8q]O%B   
`n~bDG>  
cvQMZ,p  
Fu#mMn0c  
光栅#1——结果 nHmi%R7k  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ZG)%vB2c  
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。 a`uHkRX )U  
AP_2.V=Sn  
   }\)O1  
+;wu_CQu  
光栅#2——参数 -OV!56&  
假设光栅为矩形。 6/eh~ME=  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 j`kw2(  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 1t7S:IZ  
光栅周期：250 nm Z3 $3zyi  
光栅高度：490 nm 4F>?G
{ci  
填充因子：0.5 &+V|Ldh  
n_1：1.46 ,Q8)r0c  
n_2：2.08 4V0j1k&'  

Z'L}x6  
fo30f=^Gi  
hM @F|t3  
光栅#2——结果 eZ~ZWb,%  
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。 Z&R{jQ,  
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。 :svRn9_8H  
   F82_#|kpS  
[]rg'9B2b  
F2$Z4%x#  

shubucuo