[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。 oA`Ncu5  
ofsua?lSe  
I6\l6o  
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任务说明 uV{cvq$jy  
znD0&CS9q  
>[NNu Y~  
?z p$Wz;k  
简要介绍衍射效率与偏振理论 Ak&eGd$d  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 aR+vY1d"  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： ^k/@y@%  
~#Vrf0w/  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 YDO#Q= q%  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 2e#hJ-/`-  
]v$VZ'  
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。 J&2cf#  
*$
Bx#0J8  
光栅结构参数 .*i.Z   
研究了一种矩形光栅结构。 w_PnEJa9  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 b@"#A8M  
根据上述参数选择以下光栅参数： +uLl3(ml  
光栅周期：250 nm }mz@oEB#vF  
填充因子：0.5 m>DBO
|`  
光栅高度：200 nm Xnpw'<~X  
材料n_1：熔融石英（来自目录） K8daSvc  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 274F+X  
vjmNS=l  
H+6+I
53  
PVLLuv  
偏振态分析 lXjhT  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 yp9vgUs  
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。 )lwxFP;  
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。 "w7wd5h  
k>SPtiAs  
t}w<xe  
+X
MK
Rt  
模拟光栅的偏振态 y<|8OTT  
n|q$=jE  
Xw)W6H|  
Tmjcc(  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： fAYp\k  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 TuG%oV}   
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 WCRGqSr4  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 m#|;?z  
-Ph"#R&  
Passilly等人更深入的光栅案例。 m?GBvL$  
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。 3e,"B S)+  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Q!.JV.(  
r^zra|]  
C)hS^D:  
1K\zamBg  
光栅结构参数 #l 7(WG  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Op<,e{[]  
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。 ]?c9;U  
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。 Z
W>iq M^9  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 v-(dh5e` H  
cfSQqH  
n~_;tO  
光栅#1——参数 ]Ub"NLYV  
假设侧壁倾斜为线性。 }-/oL+j  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 f9$8$O  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 4m1@lnjp  
光栅周期：250 nm 'u}OeS"f  
光栅高度：660 nm N||a0&&  
填充因子：0.75（底部） MMU>55+-  
侧壁角度：±6° 6v?tZ&, G  
n_1：1.46 :6TLT-B  
n_2：2.08 !:2_y'hA  
b]5/IT)@O  
#kQ1,P6,(  
=j^>sg]  
光栅#1——结果 bUU\bc  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 t9~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。 cB0"vbdO  
y3@m1>]09  
   I+eKuWB  
!,<rW<&;  
光栅#2——参数 &0x;60b  
假设光栅为矩形。 Uc<BLu;  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 @Ta0v:Y  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 g|Xjw Ti8$  
光栅周期：250 nm IE:;`e:\D  
光栅高度：490 nm Ve\.7s  
填充因子：0.5 lk
4U/:  
n_1：1.46 7hlzuZob+y  
n_2：2.08 TUN6`/"  
D4jZh+_|
S  
Esdv+f}4;  
wd*V,ZN7  
光栅#2——结果 +<Y1`kV)  
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。 +8}8b_bgH  
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。 B-p ].  
   Il]p >B  
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Lvb'qZ6n  

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