[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 eizni\  
TWSx9ii!M:  
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。 Ln"D .gpq  
ZFNg+H
/k  
dd:vQOF;  
AY_GD ^  
任务说明 PHxNo)  
^~JF7u  
qw6i|JM%  
x|GkXD3  
简要介绍衍射效率与偏振理论 OZ6:u^OS]  
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。 fHiS'R  
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： ,j e  
|}isSCt  
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。 i2l/y,UX  
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： <N,:w`g#  
T$*#q('1"}  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 rBZ0Fx$/[  
L*(`ccU  
光栅结构参数 e>g>)!F  
研究了一种矩形光栅结构。 3#N`n |UgC  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 PpezWo)9  
根据上述参数选择以下光栅参数： aI_[h v  
光栅周期：250 nm *NCkC ~4  
填充因子：0.5 dry>TXG*  
光栅高度：200 nm KtD XB>  
材料n_1：熔融石英（来自目录） L'u*WHj|v  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） kc/"  
N^f_hL|:9  
S9%ZeM+  
;*njS1@  
偏振态分析 {h0T_8L/  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 V@r V+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。 REWW(.3o  
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。 @ )Nw>/;o  
@K\hgaQ  
"P yG;N!W  
G.]'pn  
模拟光栅的偏振态 mjKu\7F  
zx7A}rs3oX  
%>Mcme>(W  
oaG;i51!  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： qyzH*#d=Cf  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 \1<8'at  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 TgA>(HcO  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 %#TAz7  
DdqE6qE  
Passilly等人更深入的光栅案例。 .S[M:<<*  
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。 Vp&"[rC_z  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Y2[ik<  

m>djoe  
wizLA0W  
X}g"_wN,g>  
光栅结构参数 X3'd~!a)  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 lC@wCgc  
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。 *#83U?  
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^aI+p6  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 XbIxGL  
/sr.MT
 
%OOy90b2  
光栅#1——参数 T%4yPmY  
假设侧壁倾斜为线性。 5E^P2Mlc  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 j{
YIVX  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 8ib e#jlg  
光栅周期：250 nm 8>`8p0I$+  
光栅高度：660 nm gts09{"}Y  
填充因子：0.75（底部） Kx02 2rgDU  
侧壁角度：±6° }Z)YK}_1  
n_1：1.46 .>1vN+  
n_2：2.08 
^O<@I  
kQ"Ax? b  
JA% y{Wb  
lib}dk  
光栅#1——结果 wb ^>/  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ZEs^b  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 +mN8uU~(kx  
9<.8mW^68  
   ~( :$c3\  
@(IA:6GN  
光栅#2——参数 5t|$Yt[  
假设光栅为矩形。 Bf;<3k)5.  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 m[v%Qe|~  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 !LCy:>i!d  
光栅周期：250 nm MzF,is  
光栅高度：490 nm =.l>Uw!  
填充因子：0.5 bnN&E?{hF1  
n_1：1.46 *Ag3qnY  
n_2：2.08 lo-VfKvy  
mR$0Ij/v  
i!eY"|o  
#Q BW%L  
光栅#2——结果 'sTc=*p/  
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。 l!": s:/'  
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。 L s+
zJ1  
   r{f
$n  
zb s7G