[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。 N*f?A$u/I  
'Wn'BRXq3  
Z0`Bn5  
!.?2z
p~  
任务说明 :Z- =1b~  
:tl*>d~  
VA&_dU]*  
*_}ft-*w  
简要介绍衍射效率与偏振理论 }:])1!a  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 MD1n+FgTu  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： nVoL7ew+  
r,cV(  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 @a'Rn  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程：
%|*tL7  
pV9$Vg?-H  
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。 [d`J2^z}  
@!=q.
4b  
光栅结构参数 jL8.*pfv  
研究了一种矩形光栅结构。 Bk_23ygO_  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 
_K<H*R  
根据上述参数选择以下光栅参数： <~X4&E]rT_  
光栅周期：250 nm <'>c`80@\*  
填充因子：0.5 Sb+^~M  
光栅高度：200 nm G|H+ ,B  
材料n_1：熔融石英（来自目录） h64<F3}  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） -|bnvPmE  
4@AY~"dq  
><V<}&:y$(  
l+HmG< P  
偏振态分析 7hQXGY,q  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 2Nrb}LH  
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。 0ft81RK  
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。 fd!bs*\X  
pX8TzmIB0  
Q'5]E{1<'n  
lD)ZMaaS3  
模拟光栅的偏振态 j#G4A%_  
w<#/ngI2  
wXZ"}uT<}  
i/E"E7  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： .)59*'0  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 $ @g\wz  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 aO)Cq5  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Tsg;i;  
c|m*< i  
Passilly等人更深入的光栅案例。 bWWZGl9  
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。 $ha,DlN  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 )-VpDW!%_  
N iw~0"-V  
G%
ytp=N  
e0;0X7  
光栅结构参数 xl2;DFiYt  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Oxsx\f_  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 \GYrPf$  
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。 xKl\:}Ytp  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 q>|&u  
!-rG1VI_S*  
*Tc lcu  
光栅#1——参数 $0 ]xeD0X  
假设侧壁倾斜为线性。 c(W
s3  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 D8X~qt/  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 +*uaB  
光栅周期：250 nm =sZ58xA  
光栅高度：660 nm ^E~F,]dV=  
填充因子：0.75（底部） |ht:_l 8  
侧壁角度：±6° v}\4/u  
n_1：1.46 Xna58KF/  
n_2：2.08 |2ImitN0  
=T!eyG
E  
| KtI:n4d  
XM1; >#kz  
光栅#1——结果 %9vl  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 W{Uz#o  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 V#X#rDfJZ  
,="hI:*<  
   A |u-VXQ  
)iX2r{  
光栅#2——参数 gcF:/@:Rm  
假设光栅为矩形。 r)S:-wP  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 tNoPpIu  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 BTc }Kfae  
光栅周期：250 nm n)|
{tb^  
光栅高度：490 nm %(&$CmS@  
填充因子：0.5 &cGa~
#-u
 
n_1：1.46 x" lcE@(  
n_2：2.08 8+i=u"<  
tn{YIp  
gFpub_  
,I6li7V  
光栅#2——结果 @yM
$Et5  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 w**~k]In  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 | |"W=E  
   +Tt.5>N  
R1$s1@3I|  
E)%DLZ  

shubucuo