[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。 Y1Sfhs)  
M qG`P  
;8J+Q0V  
wR*>9LjeG  
任务说明 f_qW+fN::s  
+=&A1{kR3  
C)8>_PY[M  
R1lC_G]  
简要介绍衍射效率与偏振理论 j@4AY}[tX  
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。 +?[,{WtV  
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： eSlZAdK  
-`<KjS  
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。 k7\ ,No}  
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： f9FLtdh \7  
*D6X&Hg&5  
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。 (M,IgSn9  
oGXndfd"  
光栅结构参数 Hd9vS"TN]  
研究了一种矩形光栅结构。 ]> 36{k]&  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 P}RewMJ$L  
根据上述参数选择以下光栅参数： kjVJ!R\  
光栅周期：250 nm W]U},g8Z  
填充因子：0.5 TE!+G\@  
光栅高度：200 nm eg$y,Tx  
材料n_1：熔融石英（来自目录） d9kN@W  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） cTQ]0<9:e  
;R x Rap  
/ Hg/)  
H@%Y"iIUP  
偏振态分析 8BgHoQ*  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ;%_s4  
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。 H:jx_  
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。 +'f+0T\)  
H$o=kQN  
}aC@ov]2  
,2C{X+t  
模拟光栅的偏振态 (yB)rBh>n  
3j2#'Jf|:  
U'K{>"~1a  
quGvq"Y>  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： GL<u#[  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 /-v6jiM  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 q}'ww  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 eK)R=M@i  
*(>,\8OVf  
Passilly等人更深入的光栅案例。 5y`n8. (?  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 8nSEAr~  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 THl={,Rw`  
{BS}9jZx  
1O{(9nNj  
Zl4X,9Wt  
光栅结构参数 t5"g9`AL  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 O7of9F~"  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 eGF+@)K1"  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 T1YCld  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 a?dUJt  
V@C8HTg  
d)yu`U  
光栅#1——参数 :fx^{N!T  
假设侧壁倾斜为线性。 tzn+ M0'  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 iS]4F_|vd  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ah9P C7[  
光栅周期：250 nm *?v_AZ  
光栅高度：660 nm b:6NVHb%  
填充因子：0.75（底部） V }?MP-.c  
侧壁角度：±6° b$W~w*O  
n_1：1.46 Xvr7qowL  
n_2：2.08 }8e_  
R|u2ga~  
\Hs*46@TC  
bMp[:dw`y  
光栅#1——结果 XTro;R=#  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 2.>aL  
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。 jo}yeGbU  
FJCLK#-  
   ]I<w;.z  
t3(~aH  
光栅#2——参数 d"0=.sA  
假设光栅为矩形。 3[Xc:;+/  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 s'4%ZE2Dr  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 -2/&i  
光栅周期：250 nm V<&^zIJUR  
光栅高度：490 nm s,;7m  
填充因子：0.5 fuQk}OW{  
n_1：1.46 #M5pQ&yZy  
n_2：2.08 ?;xL]~Q~1  
kE`Fg(M  
7RZ HU+  
Q*54!^l+_r  
光栅#2——结果 `37%|e3bQ  
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。 !(8)'<t9  
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。 ;#XF.l,u  
   F(DM$5z[  
_fM=J+  
e,DRQ2AU  

shubucuo