[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 n#PXMD*  
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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。 {Q021*xt/  
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任务说明 jO.c>C[?  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ,l#f6H7p  
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。 @NYlVk2  
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： [{PmU~RMYf  
Dco3`4pl  
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。 ]#;u]  
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： 0zpA<"S  
zB8J|uG  
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。 Ask
~  
T5eJIc3a"  
光栅结构参数 ^Sc48iDc  
研究了一种矩形光栅结构。 x75 3o\u!  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 v*&WqVg  
根据上述参数选择以下光栅参数： xJ^pqb  
光栅周期：250 nm V^kl_!@  
填充因子：0.5 YK V"bI  
光栅高度：200 nm MZt&HbD-  
材料n_1：熔融石英（来自目录） Nazr4QU  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） +7Qj%x\  
@4wN-T+1  
7&2CLh  
B/K
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偏振态分析 pnGDM)H7  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ]#\/1!W
  
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。 S[y?>  
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。 `G2!{3UD  
o(YF`;OhvS  
PG*FIRDb  
-:Jn|=  
模拟光栅的偏振态 x8Nij:K#  
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i%otvDn1  
W;T(q~XK  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： -v~XS-
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在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 lT+N{[kLt*  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 $ItPUYi";  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 q;<Q-jr&O  
0E`6g6xMS  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ;f[@zo><r  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 E#`JH  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 hQLh}}B  
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Dl_SEf6b  
S^  JUQx7  
光栅结构参数 HE*P0Yf=  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 C44*qiG.  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 J:2Su1"ODh  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 p/?TU  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 8zH/a   
fqZ+CzH  
&$.x1$%  
光栅#1——参数 ?v Z5 ^k  
假设侧壁倾斜为线性。 @v=A)L  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 7.(vog"I)  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 0u8(*?  
光栅周期：250 nm !Nno@SP@  
光栅高度：660 nm >}B~~C;  
填充因子：0.75（底部） &>z}u&oF
 
侧壁角度：±6° -0:B2B  
n_1：1.46 !' jXN82  
n_2：2.08 UE/N-K)`  
9p9-tJfH.  
`L?9-)m<f  
Q)ZkUmW  
光栅#1——结果
Z.mnD+{  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ii]'XBSVd  
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。 }{@RO./)[  
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   &Qq4xn+J  
*!x/ia9  
光栅#2——参数 k<\]={|=  
假设光栅为矩形。 >jBnNA@  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 IP+1 :M  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 pI{s )|"  
光栅周期：250 nm s*W)BK|+?  
光栅高度：490 nm 1Qgd^o:d  
填充因子：0.5 1~ZKpvu  
n_1：1.46 POvpaPAZ<  
n_2：2.08 s\i.pd:Q  
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2\=cv  
光栅#2——结果 "6%vVi6  
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。  LYX\#  
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。 G.c@
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