[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 U;31}'b  
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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。 ps]6,@uyB  
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任务说明 xU&rUk/L  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 G`n-WP  
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。 X
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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： %tMfOW  
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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。 \8pbPo=x  
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： eZv0"FK X  
4eKJ\Q=nX5  
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。 B[$e;h*Aw[  
iPIA&)x}  
光栅结构参数 $$4% .J26Z  
研究了一种矩形光栅结构。 aZ'p:9e  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 #Ky0` n  
根据上述参数选择以下光栅参数： (X8N?t
J  
光栅周期：250 nm Eg9502Bl~8  
填充因子：0.5 RHxd6Gs"  
光栅高度：200 nm r'8e"pTi  
材料n_1：熔融石英（来自目录） k91Y"_&  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） %6n;B|!  
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偏振态分析 Ua:EI!`  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 #<JrSl62(K  
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。 <I>q1m?KN  
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。 Pa.!:N-  
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模拟光栅的偏振态 $OJ*K
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： b"gYNGgX  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 LC}]6  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 [;2v[&
Po  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 \CL`j  
CkP!4^J qQ  
Passilly等人更深入的光栅案例。 cz0tnF*&  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 Kq1sGk  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 *8Lym,]  
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光栅结构参数 C>;}CH|X  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 :\>UZ9h #  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 Ft]sTA+
C  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 {S}/LSNB  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 3w-0v"j U  
.OjJK?  
T^79p$  
光栅#1——参数 hIdGQKr>V  
假设侧壁倾斜为线性。 ZHZ>YSqCS  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {C3bCVQ]o  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 7#RW4ZM  
光栅周期：250 nm isaT0__8  
光栅高度：660 nm )S`A+M K]  
填充因子：0.75（底部） \UiuJ+  
侧壁角度：±6° ]s<Q-/X  
n_1：1.46 /r)d4=1E  
n_2：2.08 gC'GZi^  
CocvEoE*z  
s^AYPmR6  
ZpwB"%e$  
光栅#1——结果 s_]rje8`  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 f[z#
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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。 8g$ 8]'M^T  
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   =\q3;5[  
'r-a:8:t^  
光栅#2——参数 R; IB o  
假设光栅为矩形。 lKm?Xu'yH  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 5tf/VT   
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ch-GmAj 9  
光栅周期：250 nm yeW|Ux:  
光栅高度：490 nm m.2  
填充因子：0.5 Y!SD^Ie7!  
n_1：1.46 *zmbo >{(  
n_2：2.08 Yu8WmX,[  
%Jw;c`JM  
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MF& +4$q  
光栅#2——结果 1e&`m~5K+  
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。 +xWT)h/  
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。 63at lq  
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