[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 <eoie6@3  
G3~`]qf  
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。 ){*+s RBW  
%up?70  
mHxR4%i5  
lH}KFFbp  
任务说明 {'5"i?>s0>  
Upe}9
xf  
qhEv6Yxfw6  
?13qDD:  
简要介绍衍射效率与偏振理论 Cf 2@x  
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。 cJ;Nh>ey  
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： wI$a1H  
FJ:^pROpm  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 *yu}e)(0  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： =~B"8@B  
JZ:@iI5>+  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 >]\I:T  
ieFl4hh[G  
光栅结构参数 X\AH^I6S  
研究了一种矩形光栅结构。 ,#K/+T  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 A&Y5z[p  
根据上述参数选择以下光栅参数： qCV<-o  
光栅周期：250 nm qqrjI.  
填充因子：0.5 '<R>cN"  
光栅高度：200 nm ^"WVE["  
材料n_1：熔融石英（来自目录） e-nA>v  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 3v/B*M VI  
\^x{NV@v42  
=p+y$  
&mwd0%4  
偏振态分析 /Mqhx_)>A  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 S<tw5!tJ  
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。 ?sf<cFF  
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。 KdkA@>L!;  
lW+mH=  
$[ {5+*  
VdLoi\-/L  
模拟光栅的偏振态 a=iupXre9  
JVZ-nHf(9  
E}@C4pS  
A,}M ^$@  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： p3I"LY  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 %;PpwI  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 h>-P
/  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 . %RM8  
C($l'jd&  
Passilly等人更深入的光栅案例。 !+l'<*8V  
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。 =!q% 1mP  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 w!.@64-  
al2t\Iq90  
RB5SK#z  
}qNc`8h  
光栅结构参数 }E'0vf/  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 fab'\|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。 =BJe)!b  
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。 ,,H"?VO  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 g^AQBF  
,YYEn^:>  
GG}%  
光栅#1——参数 _?{7%(C
 
假设侧壁倾斜为线性。 }A#IBqf5  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 _P>YG<*"kQ  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 "yWw3(V2>  
光栅周期：250 nm @:lM|2:  
光栅高度：660 nm ).T&fa"  
填充因子：0.75（底部） 6TtB3;5  
侧壁角度：±6° xoaO=7\io  
n_1：1.46 @<.@X*#I  
n_2：2.08 ?,} u6tH  
[>=!$>>;8  
<`H0i*|Ued  
oMh$:jR$
 
光栅#1——结果 ~+q1g[6  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。  bGRt  
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。 i?00!t  
dP5x]'"x  
   x7j#@C  
1b,a3w
(:1  
光栅#2——参数 #6`5-5Ks;  
假设光栅为矩形。 .Y)[c.,j  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 baxZ>KNi  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 f5jl$H.  
光栅周期：250 nm 91-bz^=xO  
光栅高度：490 nm /d`"WK,  
填充因子：0.5 rzjVUPdnh  
n_1：1.46 'ofj1%c  
n_2：2.08 zWsr|= [  
DaQ"Df_X  
@6u/)>rI  
&C 9hT  
光栅#2——结果 NBikYxa  
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。 h ><Sp*z_V  
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。 LPk@t^[  
   FG?
Mc'r&  
kfy!T rf