[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 koOyZ>  
aG
Pqh,<QD  
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。 = :Po%Z%{  
T>#TDMU#Fm  
<9ma(PFa  
C
_8j:Z&  
任务说明 CE~r4  
Bu7A{DRf  
DVObrL)znL  
Ur^YG4(  
简要介绍衍射效率与偏振理论 (E!%v`_0
 
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。 'sj9[o@]  
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： ]{YN{
 
|vv
]Z(_  
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。 mT96]V\  
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： 8NnhT E  
#hIEEkCp +  
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。 aSRjFL^  
~6p5H}'H1  
光栅结构参数 __8&Jv\  
研究了一种矩形光栅结构。 :I2H&,JT  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 r+o_t2_b*  
根据上述参数选择以下光栅参数： [ L   
光栅周期：250 nm _zdNLwE[  
填充因子：0.5 1{^CfamF  
光栅高度：200 nm &a.']!$^"  
材料n_1：熔融石英（来自目录） <BSSa`N`  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） -:MmSeG7gO  
Zw+=ng.q?  
&9RH}zv6  
>wA+[81[  
偏振态分析 ^Sw2xT$p{j  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 UanEzx%  
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。 2zhn`m  
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。 }@wVW))6$  
h{I`7X  
mxgqS
=`  
G(3;;F7"  
模拟光栅的偏振态 22z1g(;@  
:WVSJ,. !  
rR\;G2
p)  
1DUb [W8  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： $|k%@Q>  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 fTcY"A,2  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ?H`j>]%&  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 {#N%Bq}  
cM3jnim  
Passilly等人更深入的光栅案例。 $(3uOsy   
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。 ^}J<
)}Q  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 / $_M@>  
[,rn3CA  
ul$,q05nb  
>zQOK-  
光栅结构参数 f~q4{  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 uxb:^d?D!  
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。 _B3zRO  
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。 U9 bWU
'  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 `kFiH*5%z  
6|5H=*)DH  
D^|9/qm$  
光栅#1——参数 4^[ /=J}  
假设侧壁倾斜为线性。 BKay*!'PX  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 W!91tzs:  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 [X<Pk  
光栅周期：250 nm myIe_k,F  
光栅高度：660 nm xz8G}Ku  
填充因子：0.75（底部） 0\Y1}C  
侧壁角度：±6° zW5C1:.3K  
n_1：1.46 s9i|mVtm8  
n_2：2.08 ;}K62LSR  
a~opE!|m  
B$?^wo  
5]d{6Nc3P  
光栅#1——结果 -9d%+O~v6~  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 a.q;_
5\5`  
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'bi\1Q  
{~'H  
   at| \FOKj  
bY)#v?  
光栅#2——参数 X
h}&uZ`A  
假设光栅为矩形。 oQ\&}@(V  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 35_)3R)  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 RYy,wVh}  
光栅周期：250 nm hF>u)%J/S  
光栅高度：490 nm mlB~V3M'G  
填充因子：0.5 G?xJv`"9iC  
n_1：1.46 2.nE k  
n_2：2.08 y3JMbl[S0  
64umul  
nZ E)_  
2khh4?|\  
光栅#2——结果 Z!_n_Fk  
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。 0%#\w*X8  
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。 Qnt5HSSt  
   )%F5t&lum  
||Y<f *