[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 bh=d'9B@&J  
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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。 ]PdpC"  
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任务说明 TnET1$@qr*  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 !v\m%t|.  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 AfvTStwr  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： 2=tPxO')B  
-F,o@5W>Y  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 [o&Vr\.$  
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： WH :+HNl1d  
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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。 HN>eS Y+  
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光栅结构参数 &|<~J(L;  
研究了一种矩形光栅结构。 &rj6<b1A  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 }]sI?&xB  
根据上述参数选择以下光栅参数： /1++ 8=  
光栅周期：250 nm tF)K$!GR[  
填充因子：0.5 bTC2Ya  
光栅高度：200 nm "hz(A.THi  
材料n_1：熔融石英（来自目录） l/OG79qq  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） }4xxge?r  
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偏振态分析 Y%qhgzz?/  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 >rlQY>5pH  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 LXIlrZ9D5  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 !$h%$se  
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模拟光栅的偏振态 Sw#Ez-X  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： YkPz ~;  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 .}ZX~k&P  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 9}X3Q!iFb  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 hX)r%v:  
7|zt'.56[  
Passilly等人更深入的光栅案例。 _wM[U`H}s  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 ^w2n  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 nL^6{I~  
'DsfKR^s  
s5|LD'o!  
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光栅结构参数 -j3 -H&  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 3~I<f^K4  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 DWJ%r"aN  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 T'XAcH  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 f]T1:N*t  
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O,qR$#l   
光栅#1——参数 KtEMH  
假设侧壁倾斜为线性。 voQ,K9  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ScGmft3A  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 !::k\}DS  
光栅周期：250 nm Vu`dEvL?  
光栅高度：660 nm HT?`PG  
填充因子：0.75（底部） b{sE#m%r  
侧壁角度：±6° y#AY+ >  
n_1：1.46 yF0,}  
n_2：2.08 Si]Z`_  
N_pJE?  
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]CC~Eo-%-  
光栅#1——结果 6El%T]^  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 w#PaN83+  
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。 od^ha  
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光栅#2——参数 NBMY1Xgj  
假设光栅为矩形。 &KR@2~vE  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 3%EwA\V(  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 S"3g 1yU^_  
光栅周期：250 nm iUI,r*  
光栅高度：490 nm y_$^Po  
填充因子：0.5 |xKB><  
n_1：1.46 eA4*Be;9e  
n_2：2.08 n+uq|sYVa  
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KMbBow3o*~  
光栅#2——结果 kI[EG<N1k  
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。 MeplM$9  
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。 (/*-M]>  
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