[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 <!F".9c@A  
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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。 2D/bMq  
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任务说明 RAWzQE}  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 q1v7(`O  
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。 udmLHc  
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： %+/Dv  
f3S 8
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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。 t~<HFY*w  
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： &j,#5f(  
70 Ph^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。 %7QSBL  
=cO5Nt  
光栅结构参数 +\$c_9|C+  
研究了一种矩形光栅结构。 0!oqP1  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 MJkusR/  
根据上述参数选择以下光栅参数：
suE8"v!sk  
光栅周期：250 nm {Qc,Nl [?  
填充因子：0.5 ZMLN ;.{Na  
光栅高度：200 nm s\<UDW  
材料n_1：熔融石英（来自目录） P^!g0K  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） T?RN} @D  
oY0*2~sg  
eK5~YM:o  
:s\zk^h?  
偏振态分析 +r7hc;+G  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 1rs.  
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。 9yaTDxB>  
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。 R!yh0y}Z  
zliMG=6  
EV-sEl8ki  
D+BiclJ  
模拟光栅的偏振态 d2d8,Vg  
QO0@Ax\b  
%|ClYr  
|?ZU8I^vW  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： H\H7a.@nkF  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 IaQm)"Z  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 -2!S>P Zs  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 TGU7o:2  
7VG*Wu  
Passilly等人更深入的光栅案例。 _iCrQJ0"T  
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。 :y`LF<  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 I?E+  
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S=lCzL;j"  
光栅结构参数 KC"&3  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 {&XTa`C  
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。 !L|l(<C  
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。 MgJ5FRQ  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。  ^#C+l  
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光栅#1——参数 SjpCf8Z(  
假设侧壁倾斜为线性。 pC0gw2n8M  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 xf/K+  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 bCr W'}:de  
光栅周期：250 nm mdyl;e{0  
光栅高度：660 nm ]kx<aQ^  
填充因子：0.75（底部） <bo^uw  
侧壁角度：±6° *0Z6H-Do,  
n_1：1.46 SXYwhID=  
n_2：2.08 D "5|\  
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9H;Os:"\|  
)B+o F7  
光栅#1——结果 yUD@oOVC0  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 {5D%<Te  
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。 R-dv$z0  
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   74:( -vS  
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光栅#2——参数 :RukW.MR  
假设光栅为矩形。 2;*G!rE&*`  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 t#_6GL  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 A'7Y{oPHX  
光栅周期：250 nm p>\[[Md  
光栅高度：490 nm H.]V-|U  
填充因子：0.5 BeQ'\#q,  
n_1：1.46 l3BN,HNv+  
n_2：2.08 ?lgE9I]  
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Sin)]zG~0  
光栅#2——结果 2]Cn<zJ  
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。 FN/l/OSb  
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。 N#jUqm  
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