[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 [pgkY!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。 GnrW{o  
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任务说明 OGi4m |  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 M(WOxZ8  
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。 bc=u1=~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： ySK Yqt z  
UFAMbI  
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。 LOUKUReE  
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： k&_u\D"^"%  
Fl
A\Ad;v  
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。 (VI* c!N  
V<NsmC=g  
光栅结构参数 l^y?L4hg)  
研究了一种矩形光栅结构。 UNcJ=   
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 9Glfi@.  
根据上述参数选择以下光栅参数： "ko?att~  
光栅周期：250 nm ]G o~]7(5|  
填充因子：0.5 Z=Y_;dS9  
光栅高度：200 nm ;/^]|  
材料n_1：熔融石英（来自目录） k#:@fH4{PA  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ocA'goI-  
Y=Ar3O*F  
yZ~eLWz  
I%Po/
+|+  
偏振态分析 ':2*+
 
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 . I&)MZ>n  
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。 g9weJ6@}M  
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。 UFIAgNKl  
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模拟光栅的偏振态 >[%.h(h/%  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： E ^SM`  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 fF9oYOh|  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ;]oXEq`  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 HHIUl,P  
cH*/zNp  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Xm^h5jAr  
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。 ZG\
I1  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 &b@!DAwAJ  
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w(e+o.:  
光栅结构参数 jQ_|z@OV  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 @(,{_c]  
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。 ox\B3U%`p}  
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。 & L.PU@  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 6PQJgki  
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[`zbf_RyO  
光栅#1——参数 !AD0-fZ  
假设侧壁倾斜为线性。 Ky'3z"  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 (9YYv+GGd*  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 '[=yfh  
光栅周期：250 nm pT ocqJ22  
光栅高度：660 nm m
sqxPC^I  
填充因子：0.75（底部） ;oY(I7  
侧壁角度：±6° \Sq"3_m4T  
n_1：1.46 @cS1w'=  
n_2：2.08 we H@S  
94'k7_q  
7S dV%"  
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光栅#1——结果 _8NEwwhc  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 n$OE~YwP{  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 /50g3?X,  
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   _,Rsl$Tk'  
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光栅#2——参数 S`W'G&bCj  
假设光栅为矩形。 VT5cxB<  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 B.Zm$JZ:  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 iBtjd`V*  
光栅周期：250 nm tkdBlG]!  
光栅高度：490 nm sx[&4 k[  
填充因子：0.5 q2S!m6!  
n_1：1.46 wzDk{4U  
n_2：2.08 20.-;jK  
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光栅#2——结果 Uxk[O  
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。 nOA
J9  
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。 7xv4E<r2  
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