[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 "yz@LV1  
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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。 %FRkvqV*  
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任务说明 q_K1L  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 .5z|g@ 6  
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。 tsa6: 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： u,]yd*  
G?g7G,|d  
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。 S:j0&*  
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： ~iSW^mi  
g[n8N
{s  
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。 <wA_2S Y  
0jS/U|0  
光栅结构参数 lt]U?VZ   
研究了一种矩形光栅结构。 !6%mt}h  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 LH8?0N[  
根据上述参数选择以下光栅参数： :({<"H)!'  
光栅周期：250 nm th<]L<BP/  
填充因子：0.5 )}aF=%  
光栅高度：200 nm W | }Hl{}  
材料n_1：熔融石英（来自目录） :tgTYIF  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ][mc^eI0s|  
{+EPE2X=C  
93dotuF  
|)_R bqZ  
偏振态分析 gdT_kb5HL8  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 %!S  
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。 SrtmpQ  
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。 y{sA["   
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模拟光栅的偏振态 qw/{o:ce]  
L_r &'B  
K_aN7?#.v`  
{|%O)fr,
 
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： #Q"vwek  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 <j#EyGAV  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 #.)>geLC>9  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 a< EC]-nw  
F~AS(sk  
Passilly等人更深入的光栅案例。 a\w|tf  
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。 z,)sS<t(  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ,A
ii>D]  
U!5*V9T~J  
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光栅结构参数 =1VH5pVr}  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 * 2%e.d3"M  
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。 u2<h<}Y  
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。 yh:,[<q  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 l/^-:RRNKi  
uH[0kh  
^j %UZ  
光栅#1——参数 Yn>zR I  
假设侧壁倾斜为线性。 'qJ-eQ7e  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -#6*T,f0P(  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 l,FoK76G  
光栅周期：250 nm Jf$
wBPg  
光栅高度：660 nm DcA'{21  
填充因子：0.75（底部） (do=o&9pm  
侧壁角度：±6° N -]PK%*  
n_1：1.46 ]Qr8wa>Z  
n_2：2.08 EC'bgFe  
836m5/kH[  
[{F7Pc  
29^bMau)v  
光栅#1——结果 6sl<Z=
E#  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 6W;kIoB  
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。 yXx62J  
b]BA,D4  
   Mq
p68%  
0 
0&$SE  
光栅#2——参数 )c/y07er  
假设光栅为矩形。 k+$4?/A  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 %n25Uq  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 zI!R-Nb  
光栅周期：250 nm QV$dKjMS  
光栅高度：490 nm q&Wwtqc9  
填充因子：0.5 :QV6z*#zD  
n_1：1.46 0t?<6-3`/  
n_2：2.08 JK"uj%  
MIF[u:&  
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光栅#2——结果 D{c>i`\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。 $Wzv$4
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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。 Y0O<]2yVx  
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