[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 VsjE*AJpe  
e{6I-5`|,#  
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。 lq_(au.  
hVe39BBtO  
qdQQt5Y'm  
|]UR&*  
任务说明 U'oFW@Y;h  

!V~,aoKTj  
Gzw9E.Hk  
`iZ){JfAH  
简要介绍衍射效率与偏振理论 y{k65dk-  
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。 *P; cSx?2  
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： G5!J9@Yi  
jnzOTS  
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。 3bBCA9^se  
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： $)v`roDD.  
{Q~HMe`,  
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。 rUxjm\  
IZSJ+KO
 
光栅结构参数 &$NYZ3?9  
研究了一种矩形光栅结构。 |)[I$]L  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。
VOkSR6  
根据上述参数选择以下光栅参数： NjH` AMGBT  
光栅周期：250 nm n1
  
填充因子：0.5 4Je[!X@C  
光栅高度：200 nm Y2d(HD@  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 08MY=PC~R  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Q^}Ib[  
AO~f=GW  
={G0p=~+,p  
!4vepa}Y  
偏振态分析 Q`)iy/1M  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 UNF@%O4_T  
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。 c_Lcsn  
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。 von<I  
y"T(Unvc  

pZ)N,O3  
]WvV*FL9D3  
模拟光栅的偏振态 (,I9|  
8Xx4W^*_  
oXFo  
SSn{,H8/j  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ncdj/C  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 &B?*|M`)k  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 *b,4qMr  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 77H"=  
ZbfpMZ g  
Passilly等人更深入的光栅案例。 `6RR/~kP(  
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。 b<27XZ@  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 "L&84^lmf  
MRN=-|fV^  
tRVz4
fk[G  
`DS7J\c$  
光栅结构参数 ngOGo =
 
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。
TOw;P:-  
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。 F10TvJ U  
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。 &2sfu0K  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 i)q8p  
/2>.*H_2  
ksy]t|  
光栅#1——参数 ?bGk%jjHXM  
假设侧壁倾斜为线性。 S1a6uE  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 +!cibTQTT  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 :$Xvq-#$|  
光栅周期：250 nm c>%%'c  
光栅高度：660 nm h'.B-y~c  
填充因子：0.75（底部） iI Dun Ih  
侧壁角度：±6° ows3%  
n_1：1.46 ;[B-!F>  
n_2：2.08 agd^ga3  
-T2w?|  
ymb{rKkN3  
k!py*noy  
光栅#1——结果 _c>8y  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 $1Qcz,4B|  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 Jd28/X5&  
Zg$RiQ^-{J  
   B &e'n
<  
o[%\W  
光栅#2——参数 ]([^(&2  
假设光栅为矩形。 s"~3.J  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 LnPG+<  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ^@f.~4P*I  
光栅周期：250 nm n;LjKE  
光栅高度：490 nm >e!Y63`  
填充因子：0.5 {ObUJ3  
n_1：1.46 \Vx_$E  
n_2：2.08 H;MyT Vl  
W>(w&k]%B  
;r}yeISf  
mo"1|Q&  
光栅#2——结果 #ri;{
d^6  
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。 kD}vK+  
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。 `(M0I!t  
   *iVEO  
)]C(NTfxg