[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 Iib39?D W  
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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。 {)d{:&*K.  
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任务说明 yl[6b1  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ry%Fs&V*>  
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。 ;,yjkD[mWE  
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： 9(;
I+.;8k  
u:0M,Ye  
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。 u\
zP`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： 5==}8<$  
b\O%gg\p%!  
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。 ~Z#jIG<?g  
b0_Ih6  
光栅结构参数 ^1^muc[  
研究了一种矩形光栅结构。 C`0;  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 6X@$xe847[  
根据上述参数选择以下光栅参数： `Mxi2Y{vp  
光栅周期：250 nm S!;:7?mq  
填充因子：0.5 .oNs8._:  
光栅高度：200 nm  qg+bh  
材料n_1：熔融石英（来自目录） AGdFJ>/  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） "me a*-XB  
\)Bws `  
j%qBNoT~  
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偏振态分析 ![,W?  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 k7gm)}RKcu  
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。 ?Hd/!I&  
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。 _26<}&]b*  
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模拟光栅的偏振态 u`]J]gE  
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L/VlmN_v>s  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： *)jhhw=34  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 -W:te7  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 `;9
Z?]}`  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Nn_n@K  
m*d {pX  
Passilly等人更深入的光栅案例。 @,Iyn<v{B  
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。 MyyNYZ  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 8a^E{x@HT  
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9f ^c9@=  
光栅结构参数 : ;nvqbd  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 g(i_di  
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。 &pCNOHi|  
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。 I+?9}t  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 csPziH$wl  
H40~i=.  
o-))R| ~z  
光栅#1——参数 LtxeT.  
假设侧壁倾斜为线性。 $X9`~Sv _  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 (Mk9##R#  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 i7D)'4gkW  
光栅周期：250 nm W]]@pbG"H\  
光栅高度：660 nm W?n)I
Bj8  
填充因子：0.75（底部） b6FC  
侧壁角度：±6° q;
^Q1[Ari  
n_1：1.46 {*Ag[HS0u  
n_2：2.08 e-Xr^@M*Q  
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xb2xl.2x!  
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光栅#1——结果 ,co~@a@9  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 UC!?.  
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。 6z6\-45  
5@YrtZI  
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光栅#2——参数 g69^D  
假设光栅为矩形。 U.fLuKt  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 *?2aIz"  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 yh  
光栅周期：250 nm m~[4eH,  
光栅高度：490 nm /E/Z0<l7  
填充因子：0.5 UP18?uM  
n_1：1.46 cN#c25S>  
n_2：2.08 3tO=   
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光栅#2——结果 $ ]ew<j  
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。 'F\@KE-d  
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。 ^V1.Y  
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