[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 9A_7:V]_  
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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。 Xdq, =;  
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任务说明 ?W n(ciO  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 t4IJ%#22  
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。 8[C6LG  
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： v/czW\z  
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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。 ~{+{pcO}  
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： upDQNG>d  
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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。 %&Cl@6  
Ln_l>X6j51  
光栅结构参数 faq K D:  
研究了一种矩形光栅结构。 V)2_T!e%*  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 m=MT`-:  
根据上述参数选择以下光栅参数： FZnHG;af  
光栅周期：250 nm !_ Q!H2il  
填充因子：0.5 I{zE73  
光栅高度：200 nm ^eW.hNg  
材料n_1：熔融石英（来自目录） \v
srBM  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） X^Y9T`mQ}  
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偏振态分析 ku
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现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 @6q$Zg/  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 > bF!Y]H  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 !)3s <{k#  
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模拟光栅的偏振态 C[nr>  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： f*vk1dS:*3  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 X-$td~r  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 %GbPrlu  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 )[sO5X7'^  
)_e"Nd4  
Passilly等人更深入的光栅案例。 T(UYlLe  
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。 1K9?a;.  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 }pnFJ  
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M3@fc,Ch  
光栅结构参数 !otq
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在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 sK-|xU.  
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。 
%]0U60  
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。 hS{ *l9v7  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ""'eT
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Vfm #UvA  
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光栅#1——参数 tc<M]4-  
假设侧壁倾斜为线性。 ,beR:
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忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 |C6(0fgWd  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 [l%fL9  
光栅周期：250 nm M(zY[O
 
光栅高度：660 nm SE9u2Jk  
填充因子：0.75（底部） BMWeD  
侧壁角度：±6° ]a!; `m$  
n_1：1.46 tW.>D;8  
n_2：2.08 y2"S\%7$h  
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光栅#1——结果 x";.gjI |g  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 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。 K'5sn|)  
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光栅#2——参数 Be>c)90bO_  
假设光栅为矩形。 *CY
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忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 >)J47j7{c  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Rc:cVK  
光栅周期：250 nm BdB`  
光栅高度：490 nm #D LT-G0  
填充因子：0.5 v8[
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n_1：1.46
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n_2：2.08 },EUcVXk  
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光栅#2——结果 b8{h[YJL2  
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。 ?^48Zq6wM  
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。 .)^3t~  
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