[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。 kv)LH{  
zRsA[F#  
,[~Ydth  
p>R F4  
任务说明 )Cx8?\/c=x  
kqHh@]Z0'  
8f29Hj+  
)\^%w9h  
简要介绍衍射效率与偏振理论 5%G+
+oLXf  
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。 =XoNk1  
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： {)F-US  
q9Fc0(&Vf  
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。 @W^g(I(w  
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：
'}XW  
FeCQGT  
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。 *TMg.  
$ar:5kif  
光栅结构参数 sW=@G'}3  
研究了一种矩形光栅结构。 GW}KmTa]&  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 #|$7. e  
根据上述参数选择以下光栅参数： 0<i~XN0g  
光栅周期：250 nm iY(hGlV  
填充因子：0.5 Y*"%;e$tg  
光栅高度：200 nm +mxsjcq0  
材料n_1：熔融石英（来自目录） oWJ}]ip  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Ppx*
  
GWP"i77y0s  
_X@:-_  
L8Z?B\  
偏振态分析 q F}5mUcZ4  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 _
&BnET  
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。 ([$F5 q1TR  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 DJ<e=F!  
h`n>6I  
-Fl3m  
6^ KDc  
模拟光栅的偏振态 zpa'G1v  
<v{jJ7w  
Ye )(9  
eyo)Su  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 4P`\fz  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 dxASU|Yo9  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 [;X YT  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 @MN>ye'T  
j*6!7u.,K  
Passilly等人更深入的光栅案例。 qi/%&)
GZ  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 zV2c`he%z  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 4CN8>J'-  
v}cm-_*v  
Q"Bgr&RJ  
,*C^ixNE  
光栅结构参数 i[YYR
,X|  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 EIF[e|kZ<  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 }f
({03$  
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。 f[ER`!  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 $~`(!pa:  
m7!l3W2  
s"Kp+tTWj  
光栅#1——参数 xK_$^c.  
假设侧壁倾斜为线性。 (+Uo;)~!YC  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 *:d_~B?Tn  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 w=f8UtY9@A  
光栅周期：250 nm Riw>cVi~  
光栅高度：660 nm L\"=H4r  
填充因子：0.75（底部） =h&^X>!  
侧壁角度：±6° JLG5`{  
n_1：1.46 >>!+Ri\@  
n_2：2.08 ;M
JM~\L0  
K}$PIW  
%%DK?{jo`  
~S=hxKI  
光栅#1——结果 Ads^y`b  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 54 8@._-S  
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。 vJcvyz#%1  
9r)5d&,6  
   &GbCJ  
-,+JE0[  
光栅#2——参数 oYqC"g&4Z  
假设光栅为矩形。 'dht5iI;Yw  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 )<Yy.Z_:DC  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 KztF#[64W^  
光栅周期：250 nm 1yKf=LZ^  
光栅高度：490 nm dYO87
n  
填充因子：0.5 @yek6E&9  
n_1：1.46 ^^?ECnpcU  
n_2：2.08 h2tzv~  
E3KPjK  
Uz62!)  
v'iQLUgI  
光栅#2——结果 L' )(Zn1  
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。 H?B.Hp|  
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。 @lBH@HR=C  
   \tQi7yj4  
xt-;7  
DSIa3!0  

shubucuo