[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 Npf7p  
Jfixm=.6  
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。 f>"!-3  
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任务说明 ]L%R[Z!3  
t}c}@i_c  
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DESViQM  
简要介绍衍射效率与偏振理论 hB GGs  
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。 Uf2v$Jl+Yh  
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： /
qz "I-a
 
l3Bxi1k[C  
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。 w;SH>Ax:  
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： 8HRPJSO~g  
S'-`\%@7  
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。 gt t
$O  
J PzQBc5e  
光栅结构参数 mTuB
*  
研究了一种矩形光栅结构。 vo( j@+dz  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Uh|__DUkh  
根据上述参数选择以下光栅参数： ng&EGM  
光栅周期：250 nm N7I71q|  
填充因子：0.5 | 8L`osg  
光栅高度：200 nm zyp"*0zUr  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 3P^gP32  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） !{ESeBSCG  
R,5$ 0_]|+  
r?yJ  
AIxBZt7{b  
偏振态分析 6[h$r/GXh"  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 cJWfLD>2_!  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 `Ig2f$}  
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。 L|1zHDxQ  
cD`O+WA2K  
C.B}Py+   
+l?ro[#6&.  
模拟光栅的偏振态 :6k DUFj}
 
b}L,kT  
fYQi#0drn  
Q%VR@[`\  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 8!%"/*P$   
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Cz);mOb%M%  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 [O+^eE6h  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 2[&-y[1  
7RFkHME  
Passilly等人更深入的光栅案例。 P5xmLefng  
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。 6`";)T[G9  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 rHBjR_L.2  
y^46z(I  
|j}F$*SE[  
:aqskeT  
光栅结构参数 10 H!  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 sfPN\^k2  
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。 (
<JDD]J  
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。 [_hhC  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 DF|lUO]:  
T<?BIQz(}  
fO(S+}  
光栅#1——参数 fToI,FA
 
假设侧壁倾斜为线性。 }Y ];ccT  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 FF!g9>  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。
Vot+gCZ  
光栅周期：250 nm pDq_nx9  
光栅高度：660 nm Hll}8d6[  
填充因子：0.75（底部） 5w{pX1z1  
侧壁角度：±6° H^:|`T|,  
n_1：1.46 ;O|63  
n_2：2.08 :Rj,'uH+h)  
"q/M8  
Z`c{LYP,y"  
t3g!5  
光栅#1——结果 7zZ|=W?&{  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 iZ\z!tHR  
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。 |raQ]b@t&  
gSYX@'Q!  
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光栅#2——参数 as!j0j%  
假设光栅为矩形。 D07u?  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 }8#Czo jt  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 p,Hk"DSs%  
光栅周期：250 nm }h6z&:qA[?  
光栅高度：490 nm x's-UO"^  
填充因子：0.5 @{lnfOESl  
n_1：1.46 9(j!#`O7&  
n_2：2.08 ^0-=(JrC  
N@0scfO6<  
B{ "<\g  
&[5az/Hj*  
光栅#2——结果 l:f sZO4  
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。 C,hsr  
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。 Kjw\SQ)2~  
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文档信息 !d(V7`8  
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