[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

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。 Z|c9%.,  
A 5 X+Z  
EVFfXv^  
{yHfE,  
任务说明 X$9QW3.M  
IdxToMr  
2M?lgh4"  
pL@zZK0  
简要介绍衍射效率与偏振理论 v+#j>   
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 ib_Gy77Os  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： p|d9g ^  
lF(!(>YZ  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 0EOX@;}  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： CD_f[u  
aS
vE  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 0*?XQV@  
Y:,R7EO{!  
光栅结构参数 0JNOFX  
研究了一种矩形光栅结构。 ?+5{HFx  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 j9}0jC2Tb  
根据上述参数选择以下光栅参数： u;Eu<jU1  
光栅周期：250 nm nZCpT |M5  
填充因子：0.5 0 '7s  
光栅高度：200 nm ^P/D8cXa4  
材料n_1：熔融石英（来自目录） S=,1} XZ  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Oq,
.Kz  
#2jn4>  
Q!X_&ao)O  
nnL$m_K~  
偏振态分析 _[i=TqVmf  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 `E=rh3 L0o  
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。 ;jU-<  
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。 82za4u$q#  
lE)rRG+JLW  
Czr4 -#2  
u)`|q_y+8  
模拟光栅的偏振态 `u~  
z<6P3x|  

^HFU@/  
9]@J*A}=l  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ;"Y;l=9_  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 K#UA M.  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 #)A?PO2  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 p@8krOo`  
#IaBl?}r^  
Passilly等人更深入的光栅案例。 3Ge<G  
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。 5**5b9bj-9  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 @MZ6E$I  
U.Chf9a-  
b?] S&)"9  
xrVZxK:!  
光栅结构参数 RO$@>vL  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 wYQ1Z  
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。 Z#Zzi5<  
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。  ,eeL5V  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 uP{+?#a_-\  
IEoR7:  
#4_O;]{'  
光栅#1——参数 |<3Q+EB^  
假设侧壁倾斜为线性。 |:=b9kv  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 \e:FmG  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 k[ffs}  
光栅周期：250 nm t6bWSz0  
光栅高度：660 nm c+b:
K  
填充因子：0.75（底部） )/WA)fWkT  
侧壁角度：±6° ;/";d]j  
n_1：1.46 =!S@tuY  
n_2：2.08 F*4Qa  
;;y@z[ >  
_N,KHxsG8B  

GATP  
光栅#1——结果 4-M6C 5#.  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 {7TJgS  
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。 lYZ@a4TA  
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   &FJU%tFA  
+A'q#~yILa  
光栅#2——参数 3\p]esse  
假设光栅为矩形。 n$hqNsM  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -Ty<9(~S  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 h2/dhp  
光栅周期：250 nm Ng."+&  
光栅高度：490 nm J"D&q  
填充因子：0.5 \}u7T[R=`  
n_1：1.46 uD ?I>7  
n_2：2.08 (iCZz{l@~  
KF:]4`$  
vbWJhjK0h  
'#McY'.D T  
光栅#2——结果 %|`:5s-T%  
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。 KMpDlit  
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。 Y uw E 0  
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