[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。 @v:p)|Ne;  
Z(~v{c %<  
/:BM]K  
o 9?#;B$  
任务说明 E
N\ uX!  
}O7!>T  
+~ZFao qf  
 f^vz  
简要介绍衍射效率与偏振理论 v}>5!*  
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。 &_Vd  
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： Ok*aP+Wq  
u A=x~-I  
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。 H
OY@<'  
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： vgyv~Px]AW  
LQr+)wI  
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。 (Y[q2b  
@D3|Ak1  
光栅结构参数 asLvJ{d8s  
研究了一种矩形光栅结构。 /Y7YyjMi  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 aj\ zc I  
根据上述参数选择以下光栅参数： IXJ6w:E  
光栅周期：250 nm :krdG%r  
填充因子：0.5 b-Uy&+:X*d  
光栅高度：200 nm V`,tu `6  
材料n_1：熔融石英（来自目录） ?Z{:[.  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） c_RAtM<n  
aR@s. ll  
]?/7iM  
$HE ?B{  
偏振态分析 'xn3g;5  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 \0'0)@uziQ  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ky^u.+cZ  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 ymr#OP$<S  
/bBFPrW  
^j)0&}fB  
aEJds}eE6)  
模拟光栅的偏振态 sDF5  
nN|1cJ'.Fk  
2(%C  
:TTZ@
q  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： "6} #65  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Ic,V,#my  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 $Lf-Gi  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 fdCN?p[_  
@*
s7~:VQ  
Passilly等人更深入的光栅案例。 "n Zhuk  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 ] 1:p
nd  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 !}$,) ~<+H  
+|OrV'  
jykY8;4  
3R|C$
+Sc  
光栅结构参数 A@H
Cd&h  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 @4ECz>Q  
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。 /E|Ac&Qk  
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。
5N'Z"C0  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。
sm1(I7y  
J-3%.fX,  
>kN%R8*Sx  
光栅#1——参数 I"Gr<?r  
假设侧壁倾斜为线性。 /"LcW"2;N  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 k5X& |L/  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 D)my@W0,  
光栅周期：250 nm { :~&#D  
光栅高度：660 nm 5[\LQtM  
填充因子：0.75（底部） h,u?3}Knnb  
侧壁角度：±6° {:!CA/0Jx  
n_1：1.46 teDO,
$  
n_2：2.08 8E:d!?<^&I  
F\"`^`(O  
Bf-KCqC".  
l^,"^vz  
光栅#1——结果 'A}@XGE:p  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 p\&Lbuzv  
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。 O,+ZD^  
}wkZ\q[  
   XzH"dDAVE  
kTQvMa-X9D  
光栅#2——参数  t R(Nko  
假设光栅为矩形。 o[ua$+67E  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {;T7K
g.C  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 /ivA[LSS  
光栅周期：250 nm ;xKPa6`E  
光栅高度：490 nm p+pBk$4  
填充因子：0.5 Vw~st1",[  
n_1：1.46 )rce%j7  
n_2：2.08 \dzHG/e  
%x2_njDd  
},W<1*|  
1q Jz;\wU  
光栅#2——结果 l2lyi  
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
m-F  
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。 =OUms@xcE  
   nR2pqaKc  
2x
x  
[Jjb<6[o  

shubucuo