[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 h]DzX8r}  
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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。 y)mtSA8  
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任务说明 H-t"Z}  
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"GB493=v  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 MQq!<?/  
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。 ~RRS{\,  
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： mO&zE;/[  
]:.9:RmEV  
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。 X{8g2](z.  
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： 495A\8#  
#PQhgli  
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。 s_cur-  
WP >VQZ&  
光栅结构参数 xP$\ }  
研究了一种矩形光栅结构。 S=qx,<J 39  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。
{!xDJnF;  
根据上述参数选择以下光栅参数： x,UP7=6  
光栅周期：250 nm kerBy
\^  
填充因子：0.5 %a|m[6+O  
光栅高度：200 nm Ue(\-b\)  
材料n_1：熔融石英（来自目录） \CrWKBL  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） :I8HRkp  
8K2=WYN  
#A=ER[[  
0X4I-xx#  
偏振态分析 "=!sZO?3  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 91M5F$  
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。 SHRn$<  
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。 oa6&?4K?F  
(lt{$0   
*Qy,?2  
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模拟光栅的偏振态 ]K|td)1X  
#sM*<2vj  
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Bb.U4#  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： nx
@,oC4  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ?Lbn R~/J  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 <\oD4EE_  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 m-lTXA(  
>\[|c  
Passilly等人更深入的光栅案例。 [Nu py,v  
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。 o<Qt<*  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 vfdTGM`3  
c{[lT2yxU  
1!Afq}|  
Kon|TeC>d  
光栅结构参数 6/.cS
4
 
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ]MnQ3bWq"j  
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。 h_15"rd  
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。 Sh\Jm*5  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 h6Cqc}P  
ftD(ed  
5=/j  
光栅#1——参数 <aQ5chf7  
假设侧壁倾斜为线性。 1t}  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 *vOk21z77d  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 f7:}t+d  
光栅周期：250 nm ##nC@h@  
光栅高度：660 nm RKy!=#;17  
填充因子：0.75（底部） qm< mw"]  
侧壁角度：±6° CTJwZY7  
n_1：1.46 mX[J15  
n_2：2.08 k,-0OoCL-!  
Yb4%W-5  
aUq2$lw1  
+P<#6<gR  
光栅#1——结果 $'3'[Nr(;t  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 }z5u^_-m  
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。 009Q#[A  
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   +h8`8k'}-2  
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光栅#2——参数 #wp~lW9!s9  
假设光栅为矩形。 RcOfesW o  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 +!)_[ zo  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Q096M 0m  
光栅周期：250 nm f<M!L>+M6  
光栅高度：490 nm ^.c<b_(=h  
填充因子：0.5 h)Ol1[y`  
n_1：1.46 eIQ@){lJ-]  
n_2：2.08 .0p'G}1  
7G%:ckg  
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光栅#2——结果 1vdG\$  
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。 ^O,r8K{1n  
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。 Sl'{rol'  
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