[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 R'`'q1=R  
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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。 fn,hP_  
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任务说明 *l{epum;  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 a{r"$>0  
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。 QK+,63@D\=  
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： P9'` 2c  
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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。 vE'{?C=EM  
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： O 1z0dHa  
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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。 QHZ",1F  
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光栅结构参数 aH{)|?  
研究了一种矩形光栅结构。 zaHZ5%{LQD  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 -)oUb=Lk{  
根据上述参数选择以下光栅参数： \alV #>J5  
光栅周期：250 nm |mQ Fi\  
填充因子：0.5 EZ .3Z`
 
光栅高度：200 nm uStAZ~b\  
材料n_1：熔融石英（来自目录） _C?Wk:Y@  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） /m"/#; ^l  
N$]er'`  
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偏振态分析 ft(o-f7,  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 &N/t%q  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 `L`+`B  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 )xyjQ|b  
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模拟光栅的偏振态 1B2#uhT]r  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 1]2]l*&3  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。  < v]  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ~h@@y5<4  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 @h{|tP%"  
(4L/I  
Passilly等人更深入的光栅案例。 h
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Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 ~/`/r%1/J  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 nFEJO&1+  
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光栅结构参数 *tF~CG$r  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 32\.-v  
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。 Dd5 9xNKm  
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。 WMa0L&C~v  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 RtMI[  
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~U&NY7.@  
光栅#1——参数 eTS}-  
假设侧壁倾斜为线性。 4@?0wV  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 #,d~t  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 sg $db62>  
光栅周期：250 nm a'i Q("  
光栅高度：660 nm  lln"c  
填充因子：0.75（底部） Sf,z  
侧壁角度：±6° tbRW6  
n_1：1.46 {]R'U/  
n_2：2.08 +H2Jhgi  
~ 1h#  
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光栅#1——结果 %PYl  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 t_3j_`  
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。 P9cx&Hk9  
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   X,|8Wpi=  
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光栅#2——参数 LlQsc{Ddf  
假设光栅为矩形。 YvU%OO-+,  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ~
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矩形光栅足以表示这种光栅结构。 fc9;
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光栅周期：250 nm Y_'ERqQ  
光栅高度：490 nm 7=6:ZSI  
填充因子：0.5 9*)&hhBs,  
n_1：1.46 6Xvpk1
  
n_2：2.08 03 @aG  
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光栅#2——结果 xo"GNFh!  
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。 aDbqh~7  
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a&*JYM[  
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