衍射级次偏振态的研究

摘要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。任务说明简要介绍衍射效率与偏振理论某个衍射级次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。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。此外表示辐射光的振幅。如果瑞利系数沿、和给出瑞利系数则必须应用以下方程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。光栅结构参数研究了一种矩形光栅结构。为了简化设置选择光栅配置只允许零阶(R_0)反射传播。根据上述参数选择以下光栅参数光栅周期250 nm填充因子0.5光栅高度200 nm材料n_1熔融石英来自目录材料n_2二氧化钛来自目录偏振态分析现在用TE偏振光照射光栅并应用圆锥入射角变量。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。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。模拟光栅的偏振态瑞利系数现在提供了偏振态的信息在圆锥入射角为00时。这说明衍射光是完全偏振的。对于22°。此时67%的光是TM偏振的。对于50°系数接近为常数因此偏振态也是常数。Passilly等人更深入的光栅案例。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。因此他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。光栅结构参数在本文中研究了两种不同的制备光栅结构。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。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。但是如果有可用数据就可以详细分析光栅的复杂形状。光栅#1——参数假设侧壁倾斜为线性。忽略了衬底中的欠刻蚀部分。为了实现光栅脊的梯形形状采用了倾斜光栅介质。光栅周期250 nm光栅高度660 nm填充因子0.75底部侧壁角度±6°n_11.46n_22.08光栅#1——结果这两幅图对比之下匹配度很高特别是图表的趋势。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。光栅#2——参数假设光栅为矩形。忽略了衬底中的欠刻蚀部分。矩形光栅足以表示这种光栅结构。光栅周期250 nm光栅高度490 nm填充因子0.5n_11.46n_22.08光栅#2——结果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。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。文档信息