[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 44\>gI<  
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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。 6zIgQ4Bp24  
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任务说明 xx*2?i  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 'f/Lv@]a  
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。 PiLJZBUv  
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： %HtuR2#ca  
`-B+JQmen  
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。 -Uo?WXP]B'  
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： *jzLFuWIG  
ovf/;Q/}  
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。 Aox3s?  
~9D~7UR  
光栅结构参数 AF4?IH  
研究了一种矩形光栅结构。 K8^kJSF\  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ;52'}%5  
根据上述参数选择以下光栅参数： +c206.  
光栅周期：250 nm %-;bu|  
填充因子：0.5 YpdNX.P,  
光栅高度：200 nm ,7|;k2  
材料n_1：熔融石英（来自目录） &h$|j  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） MM{_Ur7Q  
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U`xu.  
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偏振态分析 U[_8WJ7+  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 m4ApHM2  
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。 oB c@]T5>  
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。 h. hjz?  
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模拟光栅的偏振态 d<o.o?Vc  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： s<T?pH  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 y@vj;3:  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 }4c/YP"a'E  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 pe04#zQK  
  &LQ%  
Passilly等人更深入的光栅案例。 c5i%(!>  
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。 "/x_>ui1F  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 u@ N~1@RT|  
fu\s`W6f&  
l\q} |o  
PjqeE,5  
光栅结构参数 }HZ{(?  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。  7 Yv!N  
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。 ):6-  
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"1Po_`  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 9q4_j  
-$4kBYC l+  
4L:>4X[T  
光栅#1——参数 <O857j  
假设侧壁倾斜为线性。 c{88m/;eP  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 oh}^?p  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Y_H/3?b%  
光栅周期：250 nm `<vxG4=62\  
光栅高度：660 nm Q</h-skLZ  
填充因子：0.75（底部） yqcM(,0]  
侧壁角度：±6° {7#03k  
n_1：1.46 3o8\/-*<  
n_2：2.08 D\rmaF+  
`1'5
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f]_mzF=&  
fGu!M9qN4  
光栅#1——结果 IcoowZZ   
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Q-('5a19J  
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。 79ZxqvB\  
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.9 kyrlm  
光栅#2——参数 xh'^c^1  
假设光栅为矩形。 |cTpw1%I~  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 %Y',|+Arx  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 z\Ui8jo:;  
光栅周期：250 nm cf*zejbw  
光栅高度：490 nm mTj
m92  
填充因子：0.5 sc 
xLB;  
n_1：1.46 sv=^k(d3  
n_2：2.08 76MsrOv55  
B7 c[4  
)Qr6/c8}  
@36S}5Oa  
光栅#2——结果 e[4V%h  
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。 VD;j[~/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。 ~gt3Om
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