[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 9o`3g@6z  
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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。 2e"}5b5  
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任务说明 wNZ7(W.U  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 4(82dmKO  
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。 8H?AL RG  
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
vwIO_W  
S<~nk-xr*h  
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。 3)Y:c2  
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： ;\+0H$  
\`ReZu$  
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。 T#7^6Ks+1  
5b p"dIe  
光栅结构参数 b`zf&Mn  
研究了一种矩形光栅结构。 Y=Qf!Cq]  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 k#xpY!'7  
根据上述参数选择以下光栅参数： "Ycd$`{Vgt  
光栅周期：250 nm *.g?y6d  
填充因子：0.5 9DX3]Z\7X  
光栅高度：200 nm Sj?sw]3  
材料n_1：熔融石英（来自目录） G>QTPXcD  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） B:cOcd?p  
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,7  
.Er/t"Qs;  
%<yM=1~>  
偏振态分析 G`"Cqs<  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 0h4}RmS  
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。 +;;%Atgn  
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。 ~b0qrjF;O  
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模拟光栅的偏振态 *(B[J  
uFZB8+  
u V7Hsg9l  
~e9INZe-j  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： _9|@nUD  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 bK9~C" k  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ~79Qg{+]N  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ue<<Y"NR  
+z0}{,HX  
Passilly等人更深入的光栅案例。 .+}o'rU  
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。 }TJ|d=  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 =pyZ^/}P  
9t.yP;j\Y  
8p{  
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光栅结构参数 /? 1Yf  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 -Jo :+

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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。 &xroms"S=  
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。 9Pk3}f)a  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ?0<INS~  
kDY]>v  
)+4}Ix/q  
光栅#1——参数 Juqn X  
假设侧壁倾斜为线性。 }, &,Dt  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 OKP_3Ns  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 "UGj
4^1f  
光栅周期：250 nm sJK:xk.6!  
光栅高度：660 nm Ja=70ZI^6  
填充因子：0.75（底部） p]z54 ~  
侧壁角度：±6° I S8nvx\  
n_1：1.46 kjC{Zr  
n_2：2.08 W<|K  
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光栅#1——结果 ivz9R'  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 76Vyhf&7  
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。 RG r'<o)  
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光栅#2——参数 W$Q)aA7  
假设光栅为矩形。 &xuwke:[  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 aU<D$I  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 k.xv+^b9Q  
光栅周期：250 nm 6(^Upk=59  
光栅高度：490 nm yX.5Y|A<  
填充因子：0.5 ?Ga2K  
n_1：1.46 <Z:8~:@  
n_2：2.08 8 ]06!7S}  
G q:4rG|  
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光栅#2——结果 `Ivw`}L  
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。 LH/&\k  
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。 vgA!?P3  
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