[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 /%AA\`:6  
hR,5U=+M7  
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。 q>m[vvt"  
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任务说明 DpIk$X  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 S"%W^)mZ  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 !H(V%B
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如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： \R,8xID_t  
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其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 rSKZc`<^  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 8@]vvZ2/gj  
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因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 _+d*ljP)l3  
[s F/sa3  
光栅结构参数 Z`>m  
研究了一种矩形光栅结构。 Asli<L(?`  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 lI;ACF^  
根据上述参数选择以下光栅参数： ~N8$abQJV  
光栅周期：250 nm 4S*dNYc  
填充因子：0.5 Bh7dAV(  
光栅高度：200 nm l8+;)2p!  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Svm'ds7>  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） $ZRvvm!f  
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偏振态分析 Q@/Z~xw"'I  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 !fG}<6&i  
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。 ;]_h")4"c  
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。 ?L6pB]l8b  
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模拟光栅的偏振态 +O@|bd\  

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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： j>Cp4  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 )F4BVPI  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 fy={  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 MbXtmQ%C8  
mJ+mTA5bW  
Passilly等人更深入的光栅案例。 6b\JD.r*{  
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。 B[fbPrM  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 f}7/UGd  
$tDM U3,W  
lbMok/a2o  
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光栅结构参数 j{Sbf04  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 wS+j^ ;"  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 Gq{);fq  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 B4x@{rtER  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 HrHtA]  
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光栅#1——参数 WZcAwYB  
假设侧壁倾斜为线性。 UP*5M  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 sU"sd7#A  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Jn"ya^~  
光栅周期：250 nm t_id/  
光栅高度：660 nm FA1h!Vit  
填充因子：0.75（底部）
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侧壁角度：±6° N[;R8SP  
n_1：1.46 %Q zk aXJ  
n_2：2.08 rtz ]PH  
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光栅#1——结果 ex8}./mjJ  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 dlBr2 9  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 co{i~['u  
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`+@r0:G&v  
光栅#2——参数 b?k6-r$j  
假设光栅为矩形。 p']{WLDj2  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 j9&x#U  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 u^( s0q  
光栅周期：250 nm t(xe*xS  
光栅高度：490 nm Xr{ r&Rl  
填充因子：0.5 lF~!F<^9  
n_1：1.46 5W(`lgVs,  
n_2：2.08 >Zh^,T={G  
B* k|NZj  
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光栅#2——结果 LrdX^_,nt  
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。 *kt%.wPJ  
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。 ESnir6HoU  
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