[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 &dino  
4+V+SD  
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。 UI*^$7z1 +  
Au6*hv3:  
sp0j2<$a  
qXGAlCq@  
任务说明 9 pGND]tIi  
O>E2G]K]\  
CTbz?Kn  
bHr2LhQCN  
简要介绍衍射效率与偏振理论 T/_JXK>W  
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。 zKi5e+\  
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： ohdWEU,  
z_dorDF8`>  
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。 ',MiD=_  
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： &~u=vuX  
L29,Y=n@  
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。 o|s JTY  
r~sx]=/  
光栅结构参数 r3@Q(Rb  
研究了一种矩形光栅结构。 j;tT SNF  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 QL>G-Rp  
根据上述参数选择以下光栅参数： 3sk$B%a>Z  
光栅周期：250 nm 4DVkycM  
填充因子：0.5 JeR8Mb  
光栅高度：200 nm FT1h\K|a  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 1`tE Hu.  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） hSZ0 }/  
)V^J^1  
D&{7Av  
-}lcMZY  
偏振态分析 AQ!FJ(X(  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 %"Y7 b2pPa  
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。 %`%xD>![  
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。 rx*1S/\PPc  
) 0x*>;"o  
3dnL\AqC  
xg}RpC!  
模拟光栅的偏振态 nb:J"  
<ByR!Y  
e!wS"[,  
.wrNRU7
s  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Ojkbv  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 gY], (*v  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。
!*:Zcg?7n  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 kU8V,5  
8cm,G  
Passilly等人更深入的光栅案例。 t6;Ln().Hw  
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。 P!C!E/Jf5  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 &z-f,`yG  
71+J{XOC  
R|T_9/#)  
%C= {\]-2~  
光栅结构参数 jfyV9)  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 D?rQQxb  
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。 Y8I$JBO  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 %Ke:%##Y  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 @WX]K0$;  
X6mY#T'fQ  
l1~>{:mq  
光栅#1——参数 1\7SiQ-  
假设侧壁倾斜为线性。 A6'G%of  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ?op6_a-wm  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 G
3P3  
光栅周期：250 nm ZpPm>|w  
光栅高度：660 nm Sd.i1w&  
填充因子：0.75（底部） m :ROq  
侧壁角度：±6° /vFw5KUu  
n_1：1.46 tvptawA.  
n_2：2.08 o<e AZ  
vN%zk(?T  
EA4aZ6%  
6uQfe?aD  
光栅#1——结果 Cw]Q)rX{  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 g2 uc+p  
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。 !!ZNemXct$  
-OZRSjmY  
   v709#/cR  
>R/^|hnJ  
光栅#2——参数 |b'fp1</  
假设光栅为矩形。 ?Zu=UVb  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 OvU]|4h  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 oUEpzv,J  
光栅周期：250 nm GmN} +(  
光栅高度：490 nm 8vB~1tl;  
填充因子：0.5 $%VFk53I  
n_1：1.46 h\KQ{-Bl  
n_2：2.08 OWCd$c_(  
wH[@#UP3l  
7|3Z+#|T  
\;p5Pagx0-  
光栅#2——结果 z6bTcs"7h  
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。 Yt2_*K@rC  
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。 HE+y1f]  
   bF:vD&Sf  
3A]Y=gfa