[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。 =x[`W9.D  
Kt`0vwkjvI  
xNm<` Y?  

Ex<-<tY  
任务说明 hPEK@  
.W
taU  
IHB{US1G  
5gEUE{S  
简要介绍衍射效率与偏振理论 | @mZ]`p  
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。 X59~)rH,  
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： v"bOv"!al  
H"n"Q:Yp  
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。 A4SM@r
y  
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： Yoaz|7LS  
K}a[~  
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。 .c BJA&/  
lYJ]W[!  
光栅结构参数 F%< 0pi  
研究了一种矩形光栅结构。 LiN{^g^fx  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 %q:V  
根据上述参数选择以下光栅参数： ? ZN8Ku  
光栅周期：250 nm %=_Iq\lC  
填充因子：0.5 o"5R^a@  
光栅高度：200 nm *8MU,6  
材料n_1：熔融石英（来自目录） M6g!bK2l  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Dj %jrtT  
dIK!xOStA  
H!s &]b  
H!vvdp?Z  
偏振态分析 B8C"i%8V)  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 #V~r@,  
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。
|\,e9U>  
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。 \:O5,wf2  
U?@UIhtM|  
sLB{R#Pt  
Q=>@:1=  
模拟光栅的偏振态 O5e9vQH  
Jzfzy0$  
Bz]64/  
 \
1|T  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： A$%%;O   
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ~ZL}j+L/  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 J *^|ojX  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 {{giSW'  
s8 3_Bd  
Passilly等人更深入的光栅案例。 <5q:mG88  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 l-M~e]  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 .F> cZ,  
JYKaF6bx8  
{n|Ra[9_  
jJg 'Y:K9q  
光栅结构参数 <A!v'Y  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 |J~;yO SD  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 _DH,$evS%  
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。 O/0m|~`iY  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 R]L7?=  
@hg1&pfxZ<  
o6oZk0  
光栅#1——参数 1p`XK";g  
假设侧壁倾斜为线性。 +D$\^ <#  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {TlS)i`  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 $yhQ)@#1
 
光栅周期：250 nm &OWiA;e?f  
光栅高度：660 nm \e( h6,@  
填充因子：0.75（底部） |W{z,e01x  
侧壁角度：±6° E!jM&\Zj  
n_1：1.46 #;2Ju'e#z  
n_2：2.08 v#=-  
&!m;s_gi  
TRX; m|   
piY=(y&3  
光栅#1——结果 ;^t<LhN:  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 a?&oOQd-iP  
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。 TzerAX^  
4l>/6LNMF  
   mu|#(u  
(<2PhJ|  
光栅#2——参数 xZbm,.v  
假设光栅为矩形。 G^j/8e  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Vcc/  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 wrw~J  
光栅周期：250 nm O_(/uLH  
光栅高度：490 nm 6z!?U:bT  
填充因子：0.5 B9Y "J  
n_1：1.46 )7O4j}B){  
n_2：2.08 vM|?;QM  
vU&gFEWg  
o= N=W  
}-YD_Pm K-  
光栅#2——结果 B%cjRwOT  
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。 !x|OgvJ  
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。 )O2giVq7[0  
  
d;V  
cm]8m_!  
pH'#v]"  

shubucuo