[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 }4>#s$.2  
N
L ceBok  
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。 jm|zn  
0`WZ  
Lhgs|*M  
;Y &2G'  
任务说明 y|.dM.9V  
TF,a`?c`  
Cmj `WSSa  
klj.\wg/p{  
简要介绍衍射效率与偏振理论 lU3Xd_v O  
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。 Nk>6:Ho{G  
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： _lk5\bu  
K;
f=l5  
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。 k1WyV_3  
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：
7.v{=UP  
A'? W5~F  
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-Uz,3  
"6  
光栅结构参数 0h2M
mI#  
研究了一种矩形光栅结构。 E!>l@ ki  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 x\(yjNZH  
根据上述参数选择以下光栅参数： p WKpc  
光栅周期：250 nm 7m9T'  
填充因子：0.5 =0mGfTc  
光栅高度：200 nm Jc9^Hyqu&  
材料n_1：熔融石英（来自目录） >z8y L+  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） wsCT9&p  
P,Rqv)}X  
9\NP)Vm
$^  
t+SLU6j,  
偏振态分析 c\eT`.ENk  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 3_k3U  
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。 X<$8'/p r  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 ]G2%VKkr  
v&ZI<Xt+  
GEf[k OQ  
d`Em)3v  
模拟光栅的偏振态 bk-aj'>+  
6NqLo^ "g  
2$%0~Z5  
!HHbd|B_  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： JYWc3o6  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 wZUR  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 O0<GFL$)&  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Y3wL EG%,:  
32V,25 (`5  
Passilly等人更深入的光栅案例。 bYH! P/  
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。 TMQu'<?V  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 NBZ>xp[U  
-?<L"u  
$JXQn  
oE4hGt5x{  
光栅结构参数 OL
"So u4  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 @AdJu-u  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 ,s1n!@9  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 Y:="vWWG  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 @$'1  
MRHkQE+K@8  
S$I:rbc  
光栅#1——参数 l+V5dZ8W  
假设侧壁倾斜为线性。 }
"?KHy  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 k||DcwO  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 aw:0R=S,>  
光栅周期：250 nm Wh>Y_ k  
光栅高度：660 nm p{Gg,.f!HM  
填充因子：0.75（底部） Cx/duod
p  
侧壁角度：±6° B1Iq:5nmoS  
n_1：1.46 t`mLZ <X  
n_2：2.08 $bKa"T*  
|"Oazll  
ZvO:!u0+"  
9?W38EF  
光栅#1——结果 a[8_O-  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 8)k.lPoo.  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 4[&6yHJ^  
GS3ydN<v  
   %t
zz3Y  
c$'Uf
W  
光栅#2——参数 yx}Z:t  
假设光栅为矩形。 Ic/<jFZXM  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 K~WwV8c9;  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。  U\~[  
光栅周期：250 nm hTn }AsfLY  
光栅高度：490 nm y6?Q5x9M  
填充因子：0.5 c(AjM9s  
n_1：1.46 m%E7V{t  
n_2：2.08 u;:N 4d=f'  
6C/D&+4  
()>\D  
|R*fw(=W  
光栅#2——结果 rd1&?X  
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。 9H3#8T] ;  
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。 Aq|LeH  
   5J&n<M0G1  
]@ [=FK^