[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 y@2$sK3K  
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光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 JSu+/rI1  
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任务说明 ?CSv
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ;:Q&Rf"@%  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 UtYwG
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如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： @*^%^ P  
U
n^3%=;  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 :`<ME/"YE  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： rPUk%S  
o%)38T*n3  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 MNu\=p\Eq  
nk.j7tu  
光栅结构参数  @s7wKk  
研究了一种矩形光栅结构。 i>{.Y};  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 d$#DXLA\P  
根据上述参数选择以下光栅参数： 2 i97  
光栅周期：250 nm A?4s+A@Eg  
填充因子：0.5 Ee097A?1vj  
光栅高度：200 nm k4+Q$3"  
材料n_1：熔融石英（来自目录） _qvzZ6  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） c$b~?Mx  
|h^]`= 3  
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偏振态分析 :]uz0s`>  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 :)DvZxHE@  
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。 BI:O?!:9)  
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^-D'2P]P  
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模拟光栅的偏振态 -h%1rw  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： y7U?nP ')+  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Kdr}7#c  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ]:}x 4O#  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Rg%Xy`gS  
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Passilly等人更深入的光栅案例。 tJ9gwx7Pg  
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。 -fT}Nj\  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 X3R:^ff\  
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光栅结构参数 Rgb&EnVW  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 rbc7CPq_^  
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。 ^a?g~G  
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。 wj 15Og?  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 6wH:jd9,  
Q9{f'B  
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光栅#1——参数 tOxTiaa=  
假设侧壁倾斜为线性。 &}!AjA)  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 h.4FY<  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 4azqH;i  
光栅周期：250 nm #+(@i|!ifo  
光栅高度：660 nm (CrP6]=  
填充因子：0.75（底部） F!zGk(Pu  
侧壁角度：±6° 'c#AGi9  
n_1：1.46 `*y%[J,I#  
n_2：2.08 x{9$4d  
z C7b  
/5y _ <  
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光栅#1——结果 9v?rNJs  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 [E)&dl_k  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 Q=t_m(:0  
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   V?"1&m&E  
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光栅#2——参数 l
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假设光栅为矩形。 }gKY_e3  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 o]@'R<F(u  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 cv-;fd>'  
光栅周期：250 nm aEn*vun  
光栅高度：490 nm 5#mHWBGd7  
填充因子：0.5 OlX#1W]  
n_1：1.46 p<c1$O*  
n_2：2.08 IAMtM
O^L  
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光栅#2——结果 J~)JsAXAI  
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。 =Y*zF>#lP  
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。 TecWv@.  
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