[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 Ja3#W K  
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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。 [1(eSH  
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任务说明 LE}`rW3  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 r
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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。 h's[) t  
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： ]xvhUv!G  
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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。 KN_n:`cH{  
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])vR<[  
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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。 ^r}Uu~A>  
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光栅结构参数 <IR@/b!,  
研究了一种矩形光栅结构。 =Jl\^u%H(x  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 &H# l*  
根据上述参数选择以下光栅参数： Ds] .Ae  
光栅周期：250 nm mL1ZSX o!  
填充因子：0.5 %u%;L+0Q[  
光栅高度：200 nm MMa`}wSs  
材料n_1：熔融石英（来自目录） wOL%otEf  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ; ]%fFcy  
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偏振态分析 ){GJgk|P  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 %tkqWK:  
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。 lg-`zV3  
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。 _RcEfT  
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模拟光栅的偏振态 mu0L_u(P  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 7oLlRU  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 7]u_  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 2O(k@M5E?  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 TS=%iMa  
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Passilly等人更深入的光栅案例。 ~xam ;]2  
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。 ++w{)Io Z  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Pi[]k]XA\  
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光栅结构参数 `o_i+?E  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ,f>^q"  
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。 5Mxl({oI]  
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。 RU.j[8N$  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 tvJl-&'N  
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光栅#1——参数 o}36bi{  
假设侧壁倾斜为线性。 .}R'(gN\6  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 x6T$HN/2  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 y54RD/`-  
光栅周期：250 nm kVWrZ>McK  
光栅高度：660 nm 31g1zdT!  
填充因子：0.75（底部） Rp zuSh  
侧壁角度：±6° M9Z9s11{H  
n_1：1.46 ,9:v2=C_  
n_2：2.08 mV7_O//  
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UWCm:eRQ  
光栅#1——结果 1:h(8%H@"  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Nde1`W]:  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 ' z^v
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光栅#2——参数 >Y3zO2Cr  
假设光栅为矩形。 W70BRXe04D  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 &@&^k$du8q  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 GO#eI]>/r  
光栅周期：250 nm wGz_IL.D  
光栅高度：490 nm jN+2+P%OL  
填充因子：0.5 p{V(! v|  
n_1：1.46 '~6l 6wi  
n_2：2.08 +I~U8v-  
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光栅#2——结果 1kc{`oL  
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。 n<[H!4  
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。 '(:R-u!pp  
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