[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 LEyn1d  
-7m;rD4J  
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。 VR*5}Qp  
N;r,B  
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任务说明 c7wza/r>  
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Br\/7F  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 IK~ur\3  
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。 ^4 es  
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： =k3QymA  
HAGWA2wQ  
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。 X903;&Cim  
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： ]vKxgfF  
Y*wbFL6`  
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。 9FPl  
~;bwfp_  
光栅结构参数 mz9Kwxe  
研究了一种矩形光栅结构。 1D=M
y1B  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 +/x|P-  
根据上述参数选择以下光栅参数： LT'#0dCC  
光栅周期：250 nm IQ2<Pinv  
填充因子：0.5 F^`sIrZvs  
光栅高度：200 nm b*P\a  
材料n_1：熔融石英（来自目录） w:z_EV!&  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ~5p `Kg*  
G>#L  
z81I2?v[Jr  
My)}oN7\z  
偏振态分析 %\:.rs^  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 4fP>;9[F  
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。 jW
P(7}U  
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。 Ij#%Qu  
V :d/;~  
Kq-y1h]7H  
/91H!s  
模拟光栅的偏振态 J0o U5d=3  
3b%y+?-{\u  
 $JX_e  
"* 'rzd  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： H(?z?2b p  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 I>9rfm
mTI  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 1AoBsEnd  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 )o9CFhFB  
~jF5%Gu  
Passilly等人更深入的光栅案例。 pjbKMx  
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。 K")-P9I6-f  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 U$0#j  
]!0*k#i_.  
z%mM#X  
$Fd9iJ!k  
光栅结构参数 {/#?n["  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 FUq@ dUv  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 T(ponLh  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 "8{u_+_B*  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 @X1>Wv|[  
3=;iC6 `  
Mc76)  
光栅#1——参数 *pI3"_  
假设侧壁倾斜为线性。 H+*o @0C\~  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 v]_{oj_(-  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 puMpUY  
光栅周期：250 nm 3ck;~Ncj<  
光栅高度：660 nm vQBfT% &Q-  
填充因子：0.75（底部） /l:3*u  
侧壁角度：±6° siyJjE)}w  
n_1：1.46 \Sm.]=br  
n_2：2.08 mjy%xzVr6^  
yKfRwO[j  
[!bTko>rSB  
ShGR!r<  
光栅#1——结果 :2?i9F0_  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 !f7}5/YC7v  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 `' 6]Z*  
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   TS=p8@w}  
j g$%WAEb  
光栅#2——参数 B8w0DJ  
假设光栅为矩形。 ~>#=$#V   
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ^dqyX(
 
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 .F 3v)  
光栅周期：250 nm OBb  
光栅高度：490 nm +-8uIqZ  
填充因子：0.5
)(75dUl  
n_1：1.46 o*r\&!NIw  
n_2：2.08 ]u2!)vZh'  
R<k4LHDy  
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光栅#2——结果 6ng . =  
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。 $?;aW^E  
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。 LD^V="d  
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