[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。 K}*p(1$u  
wTAEJ{p  
E$yf2Q~k  
{^O/MMB\\%  
任务说明 #Uk6Fmu]  
]=XL9MI  
]~x/8%e76  
28qWC~/9  
简要介绍衍射效率与偏振理论 exMPw;8  
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。 WMRgf~TY=2  
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： U,3K6AZA 7  
C]cT*B^  
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。 LFM5W&?  
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： D@1
^:'$V  

btz3f9  
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。 R#^pNJN  
h] TVi$J  
光栅结构参数 dE!=a|Pl  
研究了一种矩形光栅结构。 hnLgsz  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 .?)oiPW#  
根据上述参数选择以下光栅参数： .B-,GD}  
光栅周期：250 nm vh3iu+  
填充因子：0.5 Jt^JE{m9%  
光栅高度：200 nm f6A['<%o  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 8n p>#V  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ^9
~%=k=  
gK_[3FiKt  
FNRE_83  
y/*Tvb #TJ  
偏振态分析 HQj4h]O#
 
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 l{x#*~ga  
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。 PsT v\!  
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。 B9Tztg  
$>37PVVW  
o:\j/+]  
|Dpfh  
模拟光栅的偏振态 yFtf~8s3  
n&&U9sf?  
nk.Eq[08  
&=O1Qg=K  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ]*Ki7h|B  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 gxtbu$  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 &jd<rs5}  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 6HQwL\r79  
<G=@Gl  
Passilly等人更深入的光栅案例。 j@\/]oL^We  
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。 dp W%LXM_  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 vyy\^nL  
T1[ZrY'0  
p arG  
-%$ dFq  
光栅结构参数 1caod0gor  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 PX/0  jv  
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。 .Sw'Bo!Ee  
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。 7OHw/-j\  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 84cH|j`w  
1<e%)? G  
Ka2tr]+s  
光栅#1——参数 ?MB nnyo6  
假设侧壁倾斜为线性。 mSeNM  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 JPKZU<:+V  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 |:BYOxAYZ8  
光栅周期：250 nm {Oszq(A  
光栅高度：660 nm ogbdt1  
填充因子：0.75（底部） 9F!&y-  
侧壁角度：±6° 2a-hf|b1  
n_1：1.46 >1zzDd_  
n_2：2.08 )S?}huX  
y5h[^K3  
YNk|UwJi  
IQv>{h}  
光栅#1——结果 L@GD$F=<0  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 5(Oc"0''H  
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。 I/|n ma/ $  
_.LWc^Sg  
   essW,2,rjC  
NWj@iyi<  
光栅#2——参数 kJFHUR  
假设光栅为矩形。 !%9I%Ak^  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 zf u7
8  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ~Wv?p4  
光栅周期：250 nm "KwKO8f  
光栅高度：490 nm 5!*a,$S  
填充因子：0.5 ]aL}&GlHt  
n_1：1.46 [N)M]u  
n_2：2.08 b"9,DQB=i  
ObzlZP r@  
TaG-^bX8B  
 CVp<SS(  
光栅#2——结果 ?Pc3*.  
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。 X.<R['U&\  
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。 Y1IlH8+0  
   ~yN,FpD  
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