[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 fM|s,'Q1x  
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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。 [@JK|50|K  
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任务说明 0 f$96sl  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 !M`.(sO]  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 +rA#]#hN  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： 'o4`GkNh)  
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其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 kFY2VPP~  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： *W`7JL,  
cruBJZr*  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 hdcB*j?4  
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光栅结构参数 /#SfgcDt  
研究了一种矩形光栅结构。 UNwjx7usD  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 8x LXXB  
根据上述参数选择以下光栅参数： %<+uJ'pj  
光栅周期：250 nm _`O",Ff  
填充因子：0.5 *s-s1v  
光栅高度：200 nm *o\AP([@  
材料n_1：熔融石英（来自目录） /$]S'[5uF  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） <66%(J>  
u\= 05N6G  
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偏振态分析 at{p4Sl  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 0#Pa;(  
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。 y N9~/g  
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。 [Gv8Fn/aG  
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模拟光栅的偏振态 !lL `L\  
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oNw=O>v  
]0 = |?n$7  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： {r$Ewc$Yb7  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 d$x vEm  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 "crp/Bj?  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 FG{,l=Z0  
zVf79UrK  
Passilly等人更深入的光栅案例。 Z<^EZX3N  
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。 1KGf @u%-1  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 o _l_Yi  
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,7:-V<'Yv  
<2%9O;bV[  
光栅结构参数 +Ek1~i.  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 }F/w34+;  
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。 }uC]o@/  
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。 koS?UYF`  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 @_$$'XA7  
b=\chCRJJ  
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光栅#1——参数 ^'M^0'_"v  
假设侧壁倾斜为线性。 nw+^@|4  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 .{ljhE:  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 _[rQt8zn  
光栅周期：250 nm w xte
  
光栅高度：660 nm \,X)!%6kZ  
填充因子：0.75（底部） 60$;Q,]o  
侧壁角度：±6° (`E`xb@E,=  
n_1：1.46 =Hn--DEMg  
n_2：2.08 <;W-!R759  
*c=vEQn-  
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kSc~gJrne  
光栅#1——结果 mIDV
N  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 @R%qP>_  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 O$e"3^Pa  
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X=abaKl  

vk X+{n  
光栅#2——参数 &g5PPQ18  
假设光栅为矩形。 4@Db $PHs  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 7%? bl  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 3imsIBr  
光栅周期：250 nm Ai[@2AyU  
光栅高度：490 nm -ZSN0Xk  
填充因子：0.5 |te=DCO  
n_1：1.46 .N.RpRz{f  
n_2：2.08 .81Y/Gad_  
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G rU`;M"  
Fp@>(M#3  
光栅#2——结果 Wu|MNB?M  
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。 KN657 |f  
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。 0x5Ax=ut  
   l=l$9H,  
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