[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 cYEe`?*  
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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。 h?:Y\DlU'  
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任务说明 V/-~L]G  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 P%Ux-0&  
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。 Uyyw'Ni  
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： W(tXq  
Iq[,)$  
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。 9qQFIw~S  
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： KPA5 X]  
(Dl68]FX  
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。 62LQUl]<  
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光栅结构参数 Vkb&' rXw+  
研究了一种矩形光栅结构。 bqg\V8h  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 g)iSC?H  
根据上述参数选择以下光栅参数： fJC,ubP[5  
光栅周期：250 nm w65 $ R  
填充因子：0.5 SVo`p;2r  
光栅高度：200 nm tgYIM`f  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 6l$o^R^D  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Q$9`QY*6"p  
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偏振态分析 Z@8amT;Y  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 OkO"t  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 g `B?bBg  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 HF\L`dJX?  
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模拟光栅的偏振态 LVLh&9  
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9H3#8T] ;  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Aq|LeH  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Gf'V68,l$  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ^j=_=Km]  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 {hRAR8  
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Passilly等人更深入的光栅案例。 gi@+27;  
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。 LZ ID|
-  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 4!gyFi6$  
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e:V,>RbC0s  
光栅结构参数 28BiuxVW  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 9au)K!hN  
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。 Qw5M\   
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。 Y!*,G]7  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 iQGoy@<R  
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SKfv.9  
光栅#1——参数 f(n{7  
假设侧壁倾斜为线性。 {2:H
`|x  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 #t(?8!F  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 LbYI{|_Js  
光栅周期：250 nm >LU*F|F]B  
光栅高度：660 nm _Wb-&6{  
填充因子：0.75（底部） " ^eq5?L  
侧壁角度：±6° w6"LHy[  
n_1：1.46 _1R`xbV  
n_2：2.08 63u'-Z"4  
q-8 GD7  
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光栅#1——结果 1k/l7&n"  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 x)*/3[  
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。 -owfuS?i=  
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光栅#2——参数 s{: Mu~v  
假设光栅为矩形。 X)&Z{ V>  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 g<dCUIbcQ  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 u('OHPqq  
光栅周期：250 nm c,~44Z  
光栅高度：490 nm ~fU
Smc  
填充因子：0.5 P`%ppkzV6  
n_1：1.46 BA>0 +  
n_2：2.08 lb6s3b  
{oJa8~P  
+|8Lt[^ux  
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光栅#2——结果 ?rK%;GTo  
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。
h1gb&?w5P  
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。 mcXakWmi  
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