[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 U)S=JT~h  
U, 6iT  
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。 " qI99e  
DL]tg[w{  
JTlk[c  
=W(*0"RM  
任务说明 yU$MB,1  
.8hI ad  
Mf}M/Fh  
G=dzP}B'WA  
简要介绍衍射效率与偏振理论 6Rd4waj_,U  
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。 9 _d2u#  
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： M[uWX=  
EeIDlm0o  
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。 !<bw
g  
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： }Q7y tE  
[U\?+@E*  
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。 N^^0j,  
#cbgp;,M{I  
光栅结构参数 |(7}0]BP0  
研究了一种矩形光栅结构。 jm_-f  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 7>JYwU{  
根据上述参数选择以下光栅参数： &)eg3P)7  
光栅周期：250 nm +)]YvZ6%[,  
填充因子：0.5 0lw>mxN  
光栅高度：200 nm y(A' *G9  
材料n_1：熔融石英（来自目录） g7oY
1;  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Onmmcem  
"fFSZ@,r  

R1jl<=  
8h)XULs2  
偏振态分析 0=d2_YzSf  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 1Pf(.&/9_  
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。 Vej$|nF  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 Zg;$vIhn  
t=_^$M,yr  
q5'S<qY^  
H=dIZ  
模拟光栅的偏振态 *zfgO pK  
P rt} 01$  
UD I{4+z  
x)5}:b1B=  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ZWs  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 f^c+M~\JKj  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 qA*~B'  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 A_9WSXR  
\1EuHQ?  
Passilly等人更深入的光栅案例。 <,d550GSm  
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。 >mGH4{H  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Ts iJK  
ez4!5&TzRm  
+`y(S}Z  

vSzpx  
光栅结构参数 Aoa8Q E  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 rTD+7 )E  
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。 >A#5` $i  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 b0P3S!E  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 '3.\+^3  
#A63?kDE&&  
%1z;l.c  
光栅#1——参数 P8 X07IK  
假设侧壁倾斜为线性。 dj gk7  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。  56.!L  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ^@fD{]I  
光栅周期：250 nm =C\Tl-$\f  
光栅高度：660 nm $ {yct  
填充因子：0.75（底部） fHt\KP  
侧壁角度：±6° >7U/TVd&  
n_1：1.46 }$6L]   
n_2：2.08 g?j)p y  
mvn- QP~"  
gt kV=V  
"~KDm(D  
光栅#1——结果 6jE.X  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 yR[6s#F/h  
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。 .qBc;u  
Pwh}hG1sa  
   l1KMEGmG  
U S^% $Z:  
光栅#2——参数 l{By]S  
假设光栅为矩形。 js$R^P  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 0Tj,TF  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 U)}]Z@I-  
光栅周期：250 nm GT{4L]C  
光栅高度：490 nm wO??"${OH  
填充因子：0.5 Koa9W>!  
n_1：1.46 w[~G^x&  
n_2：2.08 ( eV,f  
x#{!hL 5G  
9>RkFV  
+VwQ=[y]  
光栅#2——结果 #UGSn:D<i  
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。 -L2.cN_  
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。 6?Ncgj &@  
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