[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 a&_h(  
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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。 `DY yK?R  
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任务说明 X`D2w:  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 `*8}q!.  
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。 G}pFy0W\S  
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： "0CFvN'4  
@)U.Dbm  
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。 #3rS{4[  
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： |C4fg6XDL  
@N Yl4N  
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。 kZw"a*6  
LL(x

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光栅结构参数 )s $]+HQs  
研究了一种矩形光栅结构。 w jkh*Y  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 A"JdG%t>.h  
根据上述参数选择以下光栅参数： 1b9S";ct0  
光栅周期：250 nm Fv~lasW[  
填充因子：0.5 '3>;8(sl  
光栅高度：200 nm ;@ePu  
材料n_1：熔融石英（来自目录） [{7#IZL  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） [9"
>}l  
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偏振态分析 y74Q(  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 bB_LL  
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。 Z 8rD9 k$6  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 _KH91$iW8m  
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模拟光栅的偏振态 +dCDk* /m  
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0<m7:D Gd  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ]\M{Abqd{  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ZsP^<  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 s>>&3jfM  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Ypyi(_G(?>  
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y$  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ,t`V^(PEq  
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>_mDcPo  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 pQa51nc  
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9kD#'BxC  
光栅结构参数 oXG_6E!^  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Usf@kVQ  
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。 doanTF4Da  
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。 .\XRkr'-  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 SP%X@~d  
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光栅#1——参数 UPfE\KN+p#  
假设侧壁倾斜为线性。 E/:U,u{  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 bbC@  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 2y!n c%  
光栅周期：250 nm rp@:i _]  
光栅高度：660 nm wC{sP"D  
填充因子：0.75（底部） >j?5?J
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侧壁角度：±6° NN4Z:6W5  
n_1：1.46 45JL{YRN  
n_2：2.08 XVs]Y'*x  
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hCQOwk#  
\lK?f]qJq  
光栅#1——结果 85E$m'0O  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 v^&HZk=(  
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。 Mk*4J]PP  
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   FF8jW1  
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光栅#2——参数 s@L ;3WdO  
假设光栅为矩形。 )q<VZ|V  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Y(,RJ&7  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 B!&5*f}*  
光栅周期：250 nm I=L["]  
光栅高度：490 nm vsI;ooR>  
填充因子：0.5 |<{SSA  
n_1：1.46 vC,FE )'  
n_2：2.08 ?A@y4<8R|  
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光栅#2——结果 7@{%S~TN  
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。 v6)QLp
 
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。 Pim  
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