[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 4`!(M]u=  
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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。 j.AAY?L  
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任务说明 won%(n,HT  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 au0)yg*V1  
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。 1_XdL?h#o  
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： mA3C)V  
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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。 <:>a51HBX  
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： DkQy.  
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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。 e9N"{kDs6  
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光栅结构参数 vY}/CBmg  
研究了一种矩形光栅结构。 AGS?<6W-  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 /R 2:Js  
根据上述参数选择以下光栅参数： VT;$:>!+  
光栅周期：250 nm 80 i<Ij8J  
填充因子：0.5 nuhKM.a{  
光栅高度：200 nm 0.t;i4  
材料n_1：熔融石英（来自目录） W@#)8];>  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） z.P) :Er  
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偏振态分析 m~#98ZJ^  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 w+*Jl}&\  
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。 DHgEhf]  
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。 q\[f$==p  
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模拟光栅的偏振态 JEs?Rm1^.  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： L%U-MOS=  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Fl<BCJY  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ?psvhB{O  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 (lTM^3 }  
;~#rdL  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ;r"YZs&Xd  
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。 yA \C3r'
 
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 YPFjAQ  
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NuLQkf)  
光栅结构参数 \h,S1KmIBD  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 E@Q+[~H}  
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。 9ZeTS~i  
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。 &v'e;W  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ]'EtLFv)  
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光栅#1——参数 WENPS*0oS]  
假设侧壁倾斜为线性。 t' o:aI  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ZlUd^6|:3  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 p4*VE5[?_+  
光栅周期：250 nm tTX2>8Gmr  
光栅高度：660 nm )$]_;JFr  
填充因子：0.75（底部） vp{jh-&  
侧壁角度：±6° S XIo  
n_1：1.46 HYZ94[Ti  
n_2：2.08 ^8ZVB.Fv  
8^CL:8lI^\  
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光栅#1——结果 Z455g/=ye  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 N3!x7J7A  
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>m+m'  
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光栅#2——参数 ;*{y!pgb  
假设光栅为矩形。 2E9Cp  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Nv{r`J.  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 kid3@  
光栅周期：250 nm j,Eo/f+j5  
光栅高度：490 nm ypSW9n  
填充因子：0.5 uosFpa  
n_1：1.46 jSsbLa@  
n_2：2.08 se:]F/  
4onRO!G,  
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光栅#2——结果 PO%Z.ol9  
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。 zYvf}L&]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。 _VLc1svv  
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