[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 ~mR@L`"l  
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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。 .EF(<JC?  
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任务说明 VPh
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简要介绍衍射效率与偏振理论 A%[BCY_  
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。 Vx<`6uv
 
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： cOq'MDr  
b:M1P&R  
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。 b5@sG^  
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： 2lc  
NR6wNz&81  
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。 QCD MRh n  
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光栅结构参数 ;K$ !
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研究了一种矩形光栅结构。 0|J]EsPxu  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 2d#3LnO  
根据上述参数选择以下光栅参数： ~\oF}7l$  
光栅周期：250 nm  mdtG W  
填充因子：0.5 dKk#j@[n"  
光栅高度：200 nm ^vHh*Ub  
材料n_1：熔融石英（来自目录） T)Zef  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） u{'|/g&  
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偏振态分析 s;ivoGe}  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 JqmxS*_P  
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。 \}n\cUy-  
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。 ++=f7yu  
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模拟光栅的偏振态 K7-z.WTUR  
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2ZB(B D  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： euyd(y$'k  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 .}c&"L;W  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 zCe[+F  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 E~y(@72)  
L[cP2X]NQ  
Passilly等人更深入的光栅案例。 `9* |Y8:  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 ;Zy[2M  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 L+X:M/)  
Due@'  
F+SqJSa  
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光栅结构参数 67g"8R#.V  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 KSAE!+  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 S aH':UN  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 W8_$]}G8E  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 4o<rj4G>  
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光栅#1——参数 %#<MCiaK  
假设侧壁倾斜为线性。 ~+)>D7  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 kK|D&Xy`  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 `tPVNO,l  
光栅周期：250 nm H:F'5Zt  
光栅高度：660 nm 9vauCIfVC  
填充因子：0.75（底部） RuGG3"|  
侧壁角度：±6° CUN1.i<pk8  
n_1：1.46 d.0K~M  
n_2：2.08 f.Y [2b  
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{SkE`u4Sz  
r])V6 ^U  
光栅#1——结果 |[)n.N65=  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 k2O3{xIjc  
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。 cN-$;Ent  
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光栅#2——参数 a
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假设光栅为矩形。 3yrb7Rn3  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 zd6F}2*6  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 mxE
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光栅周期：250 nm YsMM$rjP+  
光栅高度：490 nm brX[-  
填充因子：0.5 [w90gp1O[  
n_1：1.46 8'"=y}]H~  
n_2：2.08 <L+1 &H  
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光栅#2——结果 "AP$)xM-:  
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。 ~F^tLi!5  
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。 e%lxRN"b  
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