[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 df!i}L  
 TJ1h[  
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。 =*1NVi $n  
T*nP-b  
K)U[xS;<  
\<ysJgqUG  
任务说明 l0C`teO  
P?S]Q19Q4  
C]p@7"l  
-n8d#Qm)  
简要介绍衍射效率与偏振理论 hD=.rDvO  
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。 j+@3.^vK
 
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： uFh
aN\S  
)U
=]HpuzI  
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。 !I.}[9N  
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： LT"H-fTgs  
^GyZycch  
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。 $xWUzg1<U  
z_N"
;Rn  
光栅结构参数 \5 rJ  
研究了一种矩形光栅结构。 k/D{&(F ~  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 `CI_zc=jx  
根据上述参数选择以下光栅参数： R<U]"4CBx  
光栅周期：250 nm 0EF~Ouef  
填充因子：0.5 k%FA:ms|k  
光栅高度：200 nm ^sB0$|DU  
材料n_1：熔融石英（来自目录） UKQ"sC  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Fj(GyPFG  
ZXGi> E
 
f:-l}Zj  
bMxK@$G~  
偏振态分析 ~`C_B]3|  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 nQoQNB  
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。
1"L"LU'  
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。 -sfv"?  
A4cOnG,  
DL?nvH  
P6R_W  
模拟光栅的偏振态 ,|B-Nq  
S YDE`-  
t2s/zxt  
B+snHabS6  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： OU"%,&J  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 CF2Bd:mfZ  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Hddc-7s  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 tw>2<zmSi%  
avL_>7q
 
Passilly等人更深入的光栅案例。 JD~;.3$/k  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 ?)y^ [9  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 dniU{v  
AoeRoqg&#  
`}$o<CJ  
#5Z`Q^  
光栅结构参数 p.SipQ.P  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 o[T+/Ej&  
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。 8.#{J&h  
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。 *B"Y]6$  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 M[gL7-%w\  
-(8I?{"4i  
`(sb  
光栅#1——参数 [/UchU]DT  
假设侧壁倾斜为线性。 jb-kg</A  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 :Ko6.|  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 6
JDHwV  
光栅周期：250 nm /,I c
s  
光栅高度：660 nm 1!~cPD'F  
填充因子：0.75（底部） K"H\gmV_g  
侧壁角度：±6° {O^u^a\m  
n_1：1.46 by X!,  
n_2：2.08 FT@uZWgQ=  
]~KLdgru_  
~lys  
:x)H!z P  
光栅#1——结果 LdV&G/G-#D  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 yZ|"qP1  
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。 T)rE#"_]{  
$/++afim  
   8Ojqm#/f  
0jf6 z-4  
光栅#2——参数 d9#Vq=H /  
假设光栅为矩形。 VThr]$2Y  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 2}r=DAe0  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 4hL%J=0:  
光栅周期：250 nm hfaU-IPcFX  
光栅高度：490 nm hj [77EEz  
填充因子：0.5 2T~cOH;T  
n_1：1.46 [@vz0!@s5  
n_2：2.08 O1J&Lwpk,  
 5&&4-  
xzOa9w/  
(+> 2&@@<  
光栅#2——结果 ~#A}=,4>  
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。 xH-d<Ht,7  
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。 {ALEK  
   vk& gR