[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 9"RfL7{  
I}v#r8'!  
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。 8} k,!R[J  
l1qwT0*6>  
W>
bW1h  

>[: 2  
任务说明 uPXqTkod  
zs:7!  
mX?{2[  
~?5m5z O  
简要介绍衍射效率与偏振理论 @R&D["!  
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。 }x1IFTa!  
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： z{0;%E  
vUs7#*  
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。 yjR O9  
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： g0OS<,:
 
;T+U&U0d|  
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。 -b}S3<15@  
-\$cGIL  
光栅结构参数 D*gVS  
研究了一种矩形光栅结构。 pe%)G6@G  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 :t S"sM  
根据上述参数选择以下光栅参数： 8m6nw0  
光栅周期：250 nm h}>/Z3*  
填充因子：0.5 PEt8,,x<"  
光栅高度：200 nm 7 aD&\?  
材料n_1：熔融石英（来自目录） X/Rx]}[   
材料n_2：二氧化钛（来自目录） &:#8ol(n5b  
l_-n&(N2<[  
Z;'.pU~  
97wy;'J[u  
偏振态分析 G)B
q?=P  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 k1U8w
doT  
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。 J8BT%  
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。 o=# [^Zv  
Z:J.FI@  
tB=D&L3  
mh7sY;SvM  
模拟光栅的偏振态 W.D3$  
-b0'Q  
)$h9Y   
arQ%  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ,1;8DfVZV  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。  M .`  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 sVdK^|j  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 H!.D2J  
LA`VqJ  
Passilly等人更深入的光栅案例。 tq:tY}:4  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 ?b7g9 G4  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 
<ii1nz  
0s9z @>2  
*m&: Yje  
Cm;qDvj+u  
光栅结构参数 ZHF(q6T  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 _<*GU@  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 RL Zf{Q>  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 Te@6N\g  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 
J1p75c%  
jc.
JX
_/  
WmjzKCl  
光栅#1——参数 km\ld&d]$  
假设侧壁倾斜为线性。 ?5v5:U(A  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 )|x%o(n  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 :-\ yy  
光栅周期：250 nm ivX37,B\bS  
光栅高度：660 nm @fH&(@  
填充因子：0.75（底部） n?LIphc
\  
侧壁角度：±6° OW^2S_H5  
n_1：1.46 rt^45~  
n_2：2.08 "8muMa8Q%  
5nx<,-N*BP  
aR)en{W  
v^c<`i;  
光栅#1——结果 ;\.JV '  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 '#N5i  
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。 !b]2q%XM  
[+l  
   p + l_MB  
\_*MJ)h)X  
光栅#2——参数 F%#*U82  
假设光栅为矩形。 y2#>c*  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 W8,tl>(  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 5M Wvu,'%8  
光栅周期：250 nm _MdZDhtm  
光栅高度：490 nm 0/:=wn^pg  
填充因子：0.5 1U7,X6=~  
n_1：1.46 9vp%6[  
n_2：2.08 inBPT~
y  
(}C^_q:7d  
>W
GP{  
r6n5Jz  
光栅#2——结果 zvGK6qCk  
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。 %Nm @f'  
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。 IypWVr  
   m(Y.X=E
Zr  
o'eI(@{F=