[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 uLa
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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。 }%p:Xv@X!  
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任务说明 u Jqv@GFv  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 `p
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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。 k?Z:=.YW  
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：
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l3sF/zkH  
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。 !{g<RS(c  
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： ao2^3e  
c`soVqT$?  
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。 )[ A-d(y=  

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光栅结构参数 :D*U4
< /u  
研究了一种矩形光栅结构。 lG)wa  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 *Jgi=,!m  
根据上述参数选择以下光栅参数： sFc\L94  
光栅周期：250 nm <%m YsaM  
填充因子：0.5 cc|W1,q  
光栅高度：200 nm -NXxxK  
材料n_1：熔融石英（来自目录） +P^ ;7"H  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） k5I;Y:~`  
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偏振态分析 ^O18\a  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 g}s$s}  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 j{%;n40$  
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)?7+<X  
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模拟光栅的偏振态 e0TYHr)X>3  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： hZx&j{  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 p?i.<Z  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 L}`/v]E"eU  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。
t(u2%R4<d  
B?! L~J@p  
Passilly等人更深入的光栅案例。 }|.<EkA  
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。 ~[HzGm%
  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 L[x`i'0B  
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P.y +jyu  
光栅结构参数 L,}'ST  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ib=)N)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。 %T({;/  
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。 nGH6D2!F  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 G-d7}Uz?  
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光栅#1——参数 >Zb!?ntN`t  
假设侧壁倾斜为线性。 lU{)%4e`  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ;P91'B~
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为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 .d<K`.O;  
光栅周期：250 nm rYb5#aT[  
光栅高度：660 nm wZ(1\ M(  
填充因子：0.75（底部） lq-KM
8j  
侧壁角度：±6° ,8e'<y  
n_1：1.46 C?\(?%B  
n_2：2.08 |V a:*3u  
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光栅#1——结果 ;z'&$#pA  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 fx;rMGa  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 W'C>Fn}lO?  
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光栅#2——参数 6u, g  
假设光栅为矩形。 l77 -I:  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 y\T$) XGV  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ZC?~RXL(  
光栅周期：250 nm +F)EGB%LXs  
光栅高度：490 nm EpS/"adI-!  
填充因子：0.5 0>28o.  
n_1：1.46 ^B<-.(F  
n_2：2.08 GHsDZ(d3.  
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光栅#2——结果 C~&E7w  
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。 Qc7*p]E&  
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~Eo]e  
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