[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 [Ek42%  
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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。 7|K3WuLL  
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任务说明 xl3zy~;M  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 rNZO.qijz  
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。 f.J9) lfb  
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： "bPCOJ[v9  
yAAG2c4(  
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。 &adY  
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： ,%[LwmET  
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/n)%6  
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。 Ri;=aZ5m  
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光栅结构参数 6NzBpur 2H  
研究了一种矩形光栅结构。 'YBi5_  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 TNJ<!6  
根据上述参数选择以下光栅参数： -%>8.#~G  
光栅周期：250 nm :4%<Rp  
填充因子：0.5 {K<uM'ww>  
光栅高度：200 nm qQL.c+%L  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 1;aF5~&  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 75kKDR}6  
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偏振态分析 <b6s&"%=  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 >_-!zjO8u  
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。 ]/LWrQD
  
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。 0{-`Th+h  
: #3OcD4  
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模拟光栅的偏振态 ax<g0=^R  
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$4DFgvy$  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： "EN98^ Sl  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 3b+7^0frY#  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 4g>1Gqv6  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 &}>|5>cJu  
tB GkRd!  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Yr5iZ~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。 +d@v AxP  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 aZI>x^X  
Y_$^:LG  
^OsA+Ea\  
  YfTd  
光栅结构参数 4xv9a;fP  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 EfFj!)fz  
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。 ]#vWKNv:;  
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。 \nC5 ,
Rz  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ^a086n  
w}IL 8L(D  
3?.6K0L  
光栅#1——参数 mG>T`c|r3  
假设侧壁倾斜为线性。 J'|=*#  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 _2]e1_=  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 =ZCH1J5"  
光栅周期：250 nm tU9rCL:P  
光栅高度：660 nm <+<)xwOQ ]  
填充因子：0.75（底部） 2ZU@>W  
侧壁角度：±6° ?+bTPl;%'  
n_1：1.46 [Xs}FJ  
n_2：2.08 R"m.&%n  
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光栅#1——结果 3Qqnw{*  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 HT{F$27W  
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。 }9MW!Ss  
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光栅#2——参数 $~ pr+Ei  
假设光栅为矩形。 ~+nS)4(  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 :`{9x%o;  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 3{.9O$  
光栅周期：250 nm |M[v493\  
光栅高度：490 nm ;e&hM\p  
填充因子：0.5 e7Yb=/F  
n_1：1.46 ph Wc8[Q  
n_2：2.08 VaD:  
R=2 gtW"r  
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+9<,3IJe6  
光栅#2——结果 ~*66 3pA  
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。 2N6Pa(6  
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。 x(C]O,  
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