[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 (o1o);AO  
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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。
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任务说明 7'R7J"sY`|  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ]!cLFXa  
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。 'UB"z{w%  
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： 6o]>lQ}  
Q6fPqEX=  
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。 "qw.{{:tf  
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： BV]$= e'  
i{k v$ir!  
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。 %DhLU~VX  
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光栅结构参数 L7s _3\  
研究了一种矩形光栅结构。 V
POp#;"%  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 @;>Xy!G  
根据上述参数选择以下光栅参数： CMHg]la  
光栅周期：250 nm |}<!O@<|  
填充因子：0.5 I.)9:7  
光栅高度：200 nm GD#W=O  
材料n_1：熔融石英（来自目录） ` NWmwmWB"  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Ir3|PehB  
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/4,U@s)"/  
ib~EQ?u{  
偏振态分析 \$2zF8  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 =}[m_rp&  
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。 z2OXCZ*/  
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。 $"`e^J9!!  
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模拟光栅的偏振态 n2&M?MGX  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： _)^`+{N<  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 kI/%|L%6D  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 (.~'\@  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ~D!Y] SK  
Q&?B^[N*Q  
Passilly等人更深入的光栅案例。 &Y$)s<u8.  
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。 DWu~%U8  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ~)]n67Or~  
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光栅结构参数 r%^XOw<'  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 T%1Kh'92  
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。 mcSZ1d~,(  
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QDkZ  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ( ALsc@K  
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t)b /c:ql  
光栅#1——参数 " {Nw K  
假设侧壁倾斜为线性。 zK&J2P`  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 1xMD )V:  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Oa-~}hN  
光栅周期：250 nm {aWfD XB1  
光栅高度：660 nm sys;Rz2  
填充因子：0.75（底部） +yI
O  
侧壁角度：±6° c
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n_1：1.46 W^dRA xVX  
n_2：2.08 7'TXR[  
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}7/Ob)O  
Y'M}lv$sa  
光栅#1——结果 _@ @"'  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 u^&,~n@n7  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 0+"P1/  
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DwH=ln=  
光栅#2——参数 J|[`8 *8  
假设光栅为矩形。 C$fQ[@  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ^t
KJ}}  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 )z2hyGX  
光栅周期：250 nm Se&%Dr3Nv  
光栅高度：490 nm 8??%H7~  
填充因子：0.5 kR|(hA,$N  
n_1：1.46 8sxH
)"S  
n_2：2.08 vCtag]H2@  
Y([vma>U]  
a+{95"4  
0i65.4sK  
光栅#2——结果 &fWYQ'\>  
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。 vt-53fa|  
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。 LjA>H>8%[  
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