[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。 3Gc ,I:\  
R)
sp
 
O
qd"0Qt-  
pESB Il  
任务说明 &oon'q5;  
#>7')G  
IlcNT_ 5a8  
oq=?i%'>  
简要介绍衍射效率与偏振理论 <$RS*n  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 b*btkaVue  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率：
+vSCR(n  
@SKO~?7T  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 |WD,\=J2  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： >2]Eaw&W  
MV Hz$hy
B  
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%{*uH}SL  
Z
}sG3p  
光栅结构参数 R59
e&   
研究了一种矩形光栅结构。 H.jLGe>  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ?2JS&i  
根据上述参数选择以下光栅参数： Bpk@{E9  
光栅周期：250 nm ?)Tz'9l  
填充因子：0.5 ^U-vD[O8  
光栅高度：200 nm +O;OSZ  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 1<XiD3H;  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 4]Un=?)I  
`ENlV9  
pb=jvK  
_7-"VoX  
偏振态分析 O\|C,Epm  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 N+Q(V*:3v  
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。 .Ws iOJU  
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。 I}*]m%'-Y  
kGB#2J  
""25ay  
F'V+2,.  
模拟光栅的偏振态 0C7thl{Dms  
*b$z6.  
W+#}~2&Dv  
UPfFT^=y  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ir?Uw:/f  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 :0J-ek.;  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 0Zc*YdH  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 fl pXVtsQ  
x?k  
Passilly等人更深入的光栅案例。 q3,P|&T  
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。 j6&zRFX  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 $Nt=gSWw5  
'U|MM;(  
|x _-I#H  
/tId#/Y  
光栅结构参数 Z4wrXss~  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ;55tf l  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 w*&n(zJF>  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 1+16i=BF)  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 tj"v0u?
zW  
y]z)jqX<  
dVj'  
光栅#1——参数 1cHSgpoJ  
假设侧壁倾斜为线性。 zVc7q7E  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 J{GFb  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 I:uQB!  
光栅周期：250 nm S`GXiwk  
光栅高度：660 nm giPhW>  
填充因子：0.75（底部） 4'}_qAT  
侧壁角度：±6° UtW"U0
A  
n_1：1.46 Z?.p%*>`T=  
n_2：2.08 brYYuN|Vc  
x8SM,2ud  
wB1|r{  
HggR=>s  
光栅#1——结果 3zA8pI w  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ReHd~G9  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 v)C:E9!|  
QC\,  
   "a0u-}/D  
7{kpx$:_  
光栅#2——参数 JEm?26n X  
假设光栅为矩形。 lH,]ZA./  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 FkJ>]k  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 e~>p.l  
光栅周期：250 nm Fl#VKU3h  
光栅高度：490 nm )L(d$N=Bd  
填充因子：0.5 }(g+:]p-  
n_1：1.46 =7J|KoKK  
n_2：2.08 Vav+$l|j@  
+>i
<sk  
7fN&Q~.  
)]>i>  
光栅#2——结果 ?*
z(1!  
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。 ~-`BSR  
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。 ok\/5oz  
   _ \v@9Q\  
sS1J.R  
RBK>Lws6  

shubucuo