[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 $2RSYI`py  
3!vzkBr  
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。 ]vP}K   
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任务说明 t,IOq[Vtk  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 \4^rb?B  
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。 V; CPn  
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： C/'w  
M.r7^9P  
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。 / *PHX@  
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： zn7)>cQ905  
32j}ep.*  
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。 ,v,rY'  
E)ZL+(  
光栅结构参数 KIag(!&  
研究了一种矩形光栅结构。 RjVmHhX
 
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。
w,$qsmR  
根据上述参数选择以下光栅参数： Y#tur`N  
光栅周期：250 nm ~BX=n9  
填充因子：0.5 Z7RBJK7|.  
光栅高度：200 nm x5mg<y2`Ng  
材料n_1：熔融石英（来自目录） %W)pZN}  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） : -d_  
~x#TfeU]  
(Bd'Pj]:  
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$:4  
偏振态分析 _lFw1pa#\  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 0GXY2+p}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=yQrJ  
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。 mbGma  
xZlCFu 
 
V3cKbk7~  
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模拟光栅的偏振态  mPk'a  
.\glNH1d  
vIbM@Y4 '?  
Vm>EF~r  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： jWv'`c  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 5UO+c(T  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 9S*"={}%  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 =@?[.`  
fzQR
0  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Zrr)<'!i  
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。 `+"(GaZ  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 X["xC3 i  
!NkCki"W  
gtZmBe=  
4n@lrcq(  
光栅结构参数 ,7]hjf_h  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 f,KB BBbG  
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。 'in%Gii  
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。 U5OX.0  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 pB
8D  
?YLq iAA  
(^m] 7l  
光栅#1——参数 P*OG`%y  
假设侧壁倾斜为线性。 wG3b{0  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 dD=$
$( je  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 L ,dh$F  
光栅周期：250 nm 2!Dz
9m3  
光栅高度：660 nm h@!p:]  
填充因子：0.75（底部） :aej.>I0  
侧壁角度：±6° {_-kwg{"(  
n_1：1.46 jTvcKm|q  
n_2：2.08 >8>!wi9U  
Cp6S2v I  
<$0is:]  
L(VFzPkY%  
光栅#1——结果 % /VCjuV  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ` 3qf}=Z`  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 alaL/p{O  
;7QXs39S  
   ZH_$Q$9  
,,gMUpL7_8  
光栅#2——参数 X8$Mzeq  
假设光栅为矩形。 t]$n~!  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ahg:mlaob  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Fo.Y6/}  
光栅周期：250 nm d_@ E4i  
光栅高度：490 nm CO='[1"_5  
填充因子：0.5 o utJ/~9;  
n_1：1.46 $nO~A7  
n_2：2.08 N3n]  
\yr9j$  
c>_ti+  
p"ZvA^d\  
光栅#2——结果 d:(Ex^^  
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。  ES~b f  
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。 1;ttwF>G7  
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