[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 VD7i52xS  
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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。 I["j=r  
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任务说明 GF<[}  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 Nn6S 8kc  
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。 mLbN/M  
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： #KpY6M-H  
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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。 8/%6@Y"Y*  
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： @r7:NU}  
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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。 `FF8ie8L  
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光栅结构参数 Tbbz'b;{  
研究了一种矩形光栅结构。 hlJpElYf  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 KM,|} .@:  
根据上述参数选择以下光栅参数： Q
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光栅周期：250 nm p^)B0[P9  
填充因子：0.5 wD\ZOn_J  
光栅高度：200 nm Yg|lq9gD  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 3\$wdUFr  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） *s4\\Wb=  
e)^j+ l  
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偏振态分析 "?}uQ5f  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 5N7H{vT_  
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。 Qt>>$3]!!  
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。 MHj,<|8Q  
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模拟光栅的偏振态 NaUr!s  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ;T+pu>)  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 (<*e  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 4$6T+i2E   
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 `_X;.U.Mv  
Cr ?4Ngw  
Passilly等人更深入的光栅案例。 h11.'Eej`  
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。 {MdLX.ycc)  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 &K+0xnUH  
_~'+Qe_o$5  
<W)u{KS#TY  
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光栅结构参数 H6TD@kL9Wr  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 U977#MXf  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 TCKu,}s  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 FqFapRX66Z  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 N5zlT  
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光栅#1——参数 *LC+ PZV@  
假设侧壁倾斜为线性。 sJx+8 -  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 m} ?r
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为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 }R4c  
光栅周期：250 nm vxQ8t!-u  
光栅高度：660 nm u"xJjS  
填充因子：0.75（底部） bvBHYf:^  
侧壁角度：±6° KW^<,qt5w  
n_1：1.46 BP[|nL  
n_2：2.08 revF;l6->C  
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光栅#1——结果 FyoEQ%.bI  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 qml2XJ>  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 ![6EUMx  
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光栅#2——参数 t`'iU$:1f  
假设光栅为矩形。
5+Mdh`  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 &QX`NO6  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 b,TiMf9},h  
光栅周期：250 nm [Qt?W gPj  
光栅高度：490 nm RkeltE~u  
填充因子：0.5 (6p]ZY  
n_1：1.46 Scm36sT{  
n_2：2.08 NG&_?|OmV  
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光栅#2——结果 h&3YGCl  
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。 ''OfS D_g  
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。  Qe"pW\  
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