[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 !97k  
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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。 9c}mAg
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任务说明 ;Sqn w  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 [
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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。 ZITic&>W  
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： mbS`+)1=l  
=Ay'\j  
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。 CHojF+e  
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： `> :^c  
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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。 {wNNp't7  
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光栅结构参数 xX5EhVR   
研究了一种矩形光栅结构。 1e'Ez4*  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 jmH=W)  
根据上述参数选择以下光栅参数： I=DvP;!  
光栅周期：250 nm X;vfbF   
填充因子：0.5 b)e';M  
光栅高度：200 nm vK10p)ZV  
材料n_1：熔融石英（来自目录） ?e. Ge0&  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） AB1.l hR  
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偏振态分析 yt@;yd:OEk  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 s;9>YV2at  
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。 @7fx0I'n  
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/I1n\  
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模拟光栅的偏振态 "{lw;
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： {f12&t  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 5J
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对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 9wB}EDZ  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 S Y7'S#  
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Passilly等人更深入的光栅案例。 2=[deQs  
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。 .vm.g=-q  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 N;6@f*3_i  
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光栅结构参数 +kXj+2  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Q 6)5*o8n  
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。 `PH*tdYrh  
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。 M*xt9'Yd  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 t]QGyW A]  
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光栅#1——参数 '(4#He?Gd  
假设侧壁倾斜为线性。 M.loG4r!
 
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 V.f'Cw  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 }p <p(  
光栅周期：250 nm -eA3o2'  
光栅高度：660 nm >.fN@
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填充因子：0.75（底部） ,O;+fhUJ(  
侧壁角度：±6° mK);NvJ!  
n_1：1.46 HfN:oww  
n_2：2.08 +1]xmnts  
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光栅#1——结果 Y>N`(  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ,M)NC%0X  
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。 `Qc_]CWYH  
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光栅#2——参数 potb6jc?  
假设光栅为矩形。 CK{.Ic^  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 @NY$.K#]  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 +"!=E erKi  
光栅周期：250 nm 'B$bGQ  
光栅高度：490 nm FQ72VY  
填充因子：0.5 bN',-[E  
n_1：1.46 qZ8V/  
n_2：2.08 =u+.o<  
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光栅#2——结果 NUclF|G  
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。 IIW6;jS  
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。 v8<MAq  
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