[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 V%w]HIhq  
tc<HA7vpt~  
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。 :&=`xAX-  
}ILg_>uq[  
:}~B;s0M\  
uPL|3ACS  
任务说明 pM_oIH'8:  
$mDlS  
w;DRC5V>  
=8 Jq'-da  
简要介绍衍射效率与偏振理论 MryY<s  
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。 OR-fC  
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： ~`CWpc:  
sy+tLDMd  
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。 >}!})]Xw9  
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： af;~<oa  
W"H*Ad(V  
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。 $r/tVu2!W
 

:)Z.!  
光栅结构参数 5|bc*iqU  
研究了一种矩形光栅结构。 +FlO_=Bu  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 0r'<aA`=I  
根据上述参数选择以下光栅参数： T.#Vma  
光栅周期：250 nm  <sC.  
填充因子：0.5 De:| T8&  
光栅高度：200 nm UNKr FYl  
材料n_1：熔融石英（来自目录） L[.RV*sL  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 20k@!BNq  

^@n?&  
z+qrsT/?L  
LIMPWw g  
偏振态分析 xa|/P#q  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 tG(!d$^  
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。 T!Eyq,]  
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。 z!:%Hbh=  
J^<}fRw  
yM*f}S/ (  
-_"6jU  
模拟光栅的偏振态 ;*409P  
4 .d~u@=  
0l>4Umxr{J  
`\5u/i'Ca!  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： t7qY!S (  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Jde@Th  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 7xy[;  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。
h}cR>  
]Geg;[t  
Passilly等人更深入的光栅案例。 iF'qaqHWY4  
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。  Oa/#2C~  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 W]=$0'  
[5sa1$n96G  
{ x/~gp
 
"$rmy>d  
光栅结构参数 wj#A#[
e  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 LP-_i}Kq  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 k86j& .m
_  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 tunjV1 ,]  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 4<Q^/-W  
lzup! `g  
=E10j.r  
光栅#1——参数 Emx`+9  
假设侧壁倾斜为线性。 -Ay=
*c.4  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 .sR=Mf7T  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 N=@Nn)  
光栅周期：250 nm z*B-`i.  
光栅高度：660 nm *wD| eK7  
填充因子：0.75（底部） (nLT8{>0  
侧壁角度：±6° uKE?VNC]  
n_1：1.46 }hyl)?*~  
n_2：2.08 <9jN4hV  
B #zU'G*Y  
GFppcL@a  
P{gy/'PH,  
光栅#1——结果 |;k@Zlvc  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 HH3Ln+AWg_  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 3C7}
V{?  
}{(J*T  
   A4`3yy{0-  
.1#G*A|  
光栅#2——参数 .*W_;Fo  
假设光栅为矩形。 "D1u2>(  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 5 i;n:&Y  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 @dx$&;w  
光栅周期：250 nm '|^<|S_+K  
光栅高度：490 nm 1]% ]"JbV  
填充因子：0.5 Dj(!i1eQNZ  
n_1：1.46 $:D-dUr1  
n_2：2.08
(Y>|P  
%e|.a)78  
>hsvRX\_`  
dD.;P=AP  
光栅#2——结果 aq-R#q  
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。 D +Ui1h-  
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。 nOj0"c  
   |QcE5UC  
Xah-*]ET