[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 zy5@K)  
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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。 N:gS]OI*  
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任务说明 $K;4=zN>t:  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 Ct"h.rD]  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 }5DyNfZ]+0  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： V^?
+|8_(  
ScM2_k`D  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 1a#wUd3  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： zif()i   
zjVb+Z\n  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 nLo:\I(  
C5;"mo-  
光栅结构参数 b/ ~&M+)  
研究了一种矩形光栅结构。 !~>u\h  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Yxi.A$g  
根据上述参数选择以下光栅参数： _K/h/!\n  
光栅周期：250 nm i,b>&V/Y$  
填充因子：0.5 8FbBv"LI,g  
光栅高度：200 nm zb:p,T@5  
材料n_1：熔融石英（来自目录） *:
GoS?Ma  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 2BRY2EF  
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5 _] i==M  
.5_w^4`b  
偏振态分析 1/j}VC  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 W)j/[  
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{"8VT)  
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。 6VCw>x  
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模拟光栅的偏振态 <R_3;5J%  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： /I".n]  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 sF(U?)48  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 %~$4[,=  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 DF9Br D0{  
1 5rE|m^  
Passilly等人更深入的光栅案例。 l ^$$d8  
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。 S@Jl_`<  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 P_Po g^  
 3nR|*t;  
6n;ewl}  
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光栅结构参数
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在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 lzl4pnj  
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。 CbK7="48  
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。 .L6t3/^  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 YHCXVu<.b  
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光栅#1——参数 aLq=%fsV)  
假设侧壁倾斜为线性。 %3"3OOT7  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 :sM|~gT  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 h7(twct  
光栅周期：250 nm 2c9@n9Vx3a  
光栅高度：660 nm ed*=p l3.  
填充因子：0.75（底部） WDgp(Av!  
侧壁角度：±6° h-!(O^M  
n_1：1.46 }L:LcM  
n_2：2.08 LhV4 ^\+  
6^|bKoN/ f  
0@3g'TGl  

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光栅#1——结果 lWnV{/q\X  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 T /[)U  
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。 "fz-h  
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   .[K{;^>  
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光栅#2——参数 X(Ef=:  
假设光栅为矩形。 APK@Oq  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 *Q51'?y  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ;x+4jpH]B  
光栅周期：250 nm /R@(yT=t  
光栅高度：490 nm uiHlaMf  
填充因子：0.5 B[b'OtH  
n_1：1.46 h1)p{5}H  
n_2：2.08 j-yD;N  
/<|J\G21  
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光栅#2——结果 ~
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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。 mHw1n=B  
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。 _);1dcnR  
   Z/Mp=273  
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文档信息 _^&oNm1  
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