[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。 CTW\Dt5
 
myR{}G  
O&BvWik  
:>{!%-1Z  
任务说明 lbda/Zx  
d/ ^IL*O  
&{.IUg  
BP@tI|  
简要介绍衍射效率与偏振理论 wQUl!s7M;  
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。 :vb5J33U  
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： 6!"wiM"]  
o& FOp'  
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。 ah:["< z<  
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： kEnGr6e  
Pd~=:4  
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。 Kh\ 7%>K#  
4F|79U #  
光栅结构参数 4T(d9y  
研究了一种矩形光栅结构。 I?}jf?!oM  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 kZz'&xdv'.  
根据上述参数选择以下光栅参数： GNMOHqg4  
光栅周期：250 nm O|,9EOrP  
填充因子：0.5 G-
T^1?  
光栅高度：200 nm &M}X$k I  
材料n_1：熔融石英（来自目录） +Pb:<WT}%  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ,~naKd.ZY  
_x<NGIz  
YUEyGhkMV{  
~dr,;NhOLJ  
偏振态分析 n8<?<-2  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 }8x+F2i  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 Sc[#]2 }  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 V'j+)!w5  
|ZH(Z
}m  
t|>zke!'  
f"FFgQMkv  
模拟光栅的偏振态 /%& d:  
!l0]IX` F  
B>L7UQ6_[  
Q 84t=  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： />S^`KSTM  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 jG[Vp b  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 xc#t8`  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 :>fT=$i@  
tdH[e0x B  
Passilly等人更深入的光栅案例。 9-c3@>v  
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。 Y.Zd_,qy  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 wu.l-VmGp)  
#-;W|ib%z  
FYYc+6n  
QgqJ #  
光栅结构参数 K|Sq_/#+U  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 G{} 2"/  
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。 jjV'`Vy)  
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。 754MQK|g  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 D!o[Sm}JO[  
G*9>TavE  
$v@$C
4  
光栅#1——参数 031"D*W'i  
假设侧壁倾斜为线性。 eK:?~BI!  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 >)ekb7  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ;0 B1P|7zK  
光栅周期：250 nm z
,TH}s6  
光栅高度：660 nm Qfm$q~`D^W  
填充因子：0.75（底部） 4?+K `  
侧壁角度：±6° = J;I5:J  
n_1：1.46 s=n4'`y1  
n_2：2.08 s-"KABE
E  
] ]U)wg  
C(XV YND3  
Q ]CMm2L^f  
光栅#1——结果 7~XC_Yc1  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 rC-E+%y  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 yt
IPY7E  
0~ho/_  
   xvO
z*vM?  
RK!9(^Ja  
光栅#2——参数 '."_TEIF  
假设光栅为矩形。 xfb .Z(  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 TGF$zvd  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 a yoC]rE  
光栅周期：250 nm +LRKS  
光栅高度：490 nm dun`/QKV  
填充因子：0.5 wG,"X'1  
n_1：1.46 qf x*a88  
n_2：2.08 2#.s{
Bv  
WA(x]""  
I<D#   
1cK'B<5">]  
光栅#2——结果 +|LM"  
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。 '.bf88D  
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。 s:tX3X  
   wo0j/4o  
,->K)Rs;  
R0RxcBtG  

shubucuo