[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。 JY4sB8  
8RS=Xemds  
Lw EI   
]+RBykr  
任务说明 hiKgV|ZD  
@SA:64 9  
}F'B!8n  
5c*kgj:x  
简要介绍衍射效率与偏振理论 'urn5[i  
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。 dD _(MbTt  
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： uh`W} n  
rv/O^aL`Y  
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。 W10=SM}  
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：
tE"aNA#=  
@"[xX}xK;  
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。 )@"iWQ3K  
7`,A]":;  
光栅结构参数 %W!C  
研究了一种矩形光栅结构。 ]F:5-[V#  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 nSWW^ ;  
根据上述参数选择以下光栅参数： ,'~8{,h5  
光栅周期：250 nm *$uj)*5,  
填充因子：0.5 Er; @nOyD  
光栅高度：200 nm tBS
HMz  
材料n_1：熔融石英（来自目录） y_bb//IAG  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） i|zs Li/  
|TCHPKN  
*` }Rt  
.<Y7,9;YEF  
偏振态分析 {Vy2uow0  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 Gt9(@USK  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 YKF5|;}  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 !?t#QDo  
bDh,r!I  
B J,U,!  
"YY6_qQR'  
模拟光栅的偏振态 FbxrBM  
p$r=jF&  
/b3b0VfF  
nW1Obu8x|  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： k+8K[?K-  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 GjDs,9@f  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 !/pE6)a  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 JO*}\
Es  
v6r,2Va/  
Passilly等人更深入的光栅案例。 M<'AM4  
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。 #SNwSx&
 
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ruMS5OqM  
4`(b(DL]  
M'Ec:p=X"  
(of=hzT^?  
光栅结构参数 P+tnXT>nE  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 l/|bU9o /u  
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。 "P4#Q_  
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。 |3tq
.JU
  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 {(o$? =  
x8L$T(^  
][Ne;F6  
光栅#1——参数 OMaG*fb=  
假设侧壁倾斜为线性。 AF-4b*oB  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {*EA5;  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ZbS*zKEW  
光栅周期：250 nm `t
md'  
光栅高度：660 nm E_t ^osY&  
填充因子：0.75（底部） :Taequk  
侧壁角度：±6° (_2;}eg  
n_1：1.46 Yo`#G-]  
n_2：2.08 GwHp@_>  
0FL PZaRP  
^SdorPOq&  
lO?dI=}]  
光栅#1——结果 r!DUsE  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 2(5HPRQ  
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。 } v#Tm  
J<[Hwg  
   T
yc`U&  
$@H]0<3,  
光栅#2——参数 Ni"M.O);t  
假设光栅为矩形。 6rBXC <Z  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 y81B3`@  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Rh%c<</`0s  
光栅周期：250 nm &f2'cR  
光栅高度：490 nm 5e>
<i  
填充因子：0.5 U_1syaY!  
n_1：1.46 .?C-J  
n_2：2.08 }p2YRTHx  
U9uy(KOW  
v61'fQ1Qg!  
@Yv+L)  
光栅#2——结果 ^ Tr )gik  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 xy/B<.M1  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 -+#QZ7b  
   :E$<!q  
Sdk:-Zuv  
w_O3];  

shubucuo