[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 hdSP#Y'-  

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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。 z5Tsu1c  
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任务说明 I;eoy,  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 tm2
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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。 V|}9bNF  
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： 4gNN "  
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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。
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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： ) jvI Nb  
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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。 X!'C'3X  
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光栅结构参数 84W
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研究了一种矩形光栅结构。 .QwB7+V4  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 (c^ {T)  
根据上述参数选择以下光栅参数： <p/2hHfiD  
光栅周期：250 nm $?]`2*i  
填充因子：0.5 KRcB_(  
光栅高度：200 nm /`DKX }  
材料n_1：熔融石英（来自目录） d,Oagx  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ~K<h~TNP  
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偏振态分析 SE6(3f$  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 !J X7y%J  
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。 EJb+yy6  
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。 ABkDOG2br  
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模拟光栅的偏振态 ~9yKMUf  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： wQjYH!u,YZ  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 C7*YZe  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 \=im{(0h  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 {f)aFGp  
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Passilly等人更深入的光栅案例。 n8_X<jIp3  
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。 T#E$sZ  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 fHEIys,{  
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光栅结构参数
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在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 *ls6k`ymL  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 bPP@  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 KW[y+c u.#  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 8Q<Nl=g>'  
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光栅#1——参数 'PY;  
假设侧壁倾斜为线性。 t=@d`s:R2  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 :/szA?:W  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 b|DU  
光栅周期：250 nm qCfEv4  
光栅高度：660 nm r,0D I  
填充因子：0.75（底部） 24? _k]Y  
侧壁角度：±6° ]GY8f3~|{  
n_1：1.46 LmqSxHs0
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n_2：2.08 ]?D$n  
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光栅#1——结果 m?B=?;B9#  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Oy=0Hsh@x  
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。
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光栅#2——参数 *~U.36  
假设光栅为矩形。 W$SV+q(rT  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 lqL5V"2Y  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 {S9gOg  
光栅周期：250 nm 9=]HOUn
 
光栅高度：490 nm [#Gu?L_W  
填充因子：0.5 %po;ih$jr*  
n_1：1.46 sfw*_}y  
n_2：2.08 $poIWJMc  
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光栅#2——结果 /]Y#*r8jRi  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 oYf+I  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 ^$O(oE(D  
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