[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 R`2A-c  
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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。 N-`;\  
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任务说明 gvNZrp>e!  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 J4"swPf  
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。 ^Pd37&B4V  
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： c1kxKxE  

KC:4  
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 ,pN1_-
 
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： vt@Us\fI  
EWIc|b:  
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。 Eqbe$o`dd  
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光栅结构参数 k0_$M{@Y  
研究了一种矩形光栅结构。 XcMJ
D(!  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 9xn23*Fo  
根据上述参数选择以下光栅参数： BD7@Mj*|  
光栅周期：250 nm _]xt65TL  
填充因子：0.5 4iNbK~5j  
光栅高度：200 nm .^lbLN^2  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 3;MjO*-  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） +}QBzGW`  
^YR|WKY  
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ggI=I<7M  
偏振态分析 RP,:[}mPl  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 D2</^]3Su  
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。 iv:/g|MBI&  
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。 z5`8G =A  
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模拟光栅的偏振态 #M?F^u[  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： xN3 [Kp  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 "f|(@a  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Z-SwJtWk  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 AB"1(PbG  
d)0LVa(  
Passilly等人更深入的光栅案例。 1V
f78n  
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。 yYToiW *  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 )ojx_3j8  
J4G> E.8  
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光栅结构参数 N(:nF5>_  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 H5Ux.]y  
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。 :YqQlr\
 
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。 C NfJ:e2  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 (@ fa~?v>@  
^r>f2 x  
cXS;z.M\_  
光栅#1——参数 ,$h(fM8GC  
假设侧壁倾斜为线性。 *O+R|Cdp/  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
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为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 v._Egk0  
光栅周期：250 nm *#lBQBH|.  
光栅高度：660 nm 4YDT%_h0  
填充因子：0.75（底部） -J"qrp
Z^  
侧壁角度：±6° "Su b4F`  
n_1：1.46 &_9YLXtMi;  
n_2：2.08 t/KcXM  
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"H>r-cyh  
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光栅#1——结果 ]6{(Hjt  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 =
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与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 nTys4R  
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光栅#2——参数 [)#u<lZ<~  
假设光栅为矩形。 D:wnO|:  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 \G$QNUU  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 FZe:co8Mu  
光栅周期：250 nm vG]GQ#  
光栅高度：490 nm #K=b%;>  
填充因子：0.5 bz{^h'  
n_1：1.46 LH=d[3Y  
n_2：2.08 -7>^ rR V  
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光栅#2——结果 fy&#M3UA\U  
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。 x3Nkp4=Xd  
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。 )]%e  
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