[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

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。 !IUH 5  
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TQjM3Ri=V  
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任务说明 Obl,Qa:5  
LNU#NJ^Axt  
Z'ZN^j{  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 UwQyAD]Ht  
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。 #sg^l>/*  
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： gbclk~kX  
:~gG]|F  
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。 *^WY+DV  
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： E#I^D/0  
`~S; UG  
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。 1|8<!Hx#-  
X7~AqG  
光栅结构参数 DFUW^0N  
研究了一种矩形光栅结构。 99]&X
j  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Q&d"uLsx  
根据上述参数选择以下光栅参数： ' 6#e
n9{L  
光栅周期：250 nm <T0+-]i  
填充因子：0.5 YlP8fxS  
光栅高度：200 nm =u,8(:R]s  
材料n_1：熔融石英（来自目录） J<'7z%2w  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） +_E\Omcw  
8E:d!?<^&I  
A@I( &Z  
Ce%fz~*b  
偏振态分析 ZY Ci&l  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 fZ6"DJZ  
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。 b+rn:R  
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。 S7fX1y[  
>I^_kBa  
sBuOKT/j  
@|hn@!YK  
模拟光栅的偏振态 FWJhi$\:D]  
"N\tR[P!  

|@Mx?(  
BIM!4MHLA  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： "F3M  m  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 8U$(9X  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 =8!FY"c*  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 2U Q&n`A  
<RFT W}f!  
Passilly等人更深入的光栅案例。 aGRD`ra  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 TODTR7yGo  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 F CbU> 1R  
n(}zq  
~t` uq  
c<c"n'  
光栅结构参数 ;94e   
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 3tZC&!x?  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 'q:t48&  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 QwaAGUA  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 4*vV9*'!  
Y>l92=G  
)8rN  
光栅#1——参数 TcP (?v  
假设侧壁倾斜为线性。 d>f.p"B.gj  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 0M=U>g)  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Az
mISm  
光栅周期：250 nm eInx\/  
光栅高度：660 nm km(Mv  
填充因子：0.75（底部） hj_%'kk-A  
侧壁角度：±6° wj$J}F  
n_1：1.46 42Vz6 k:  
n_2：2.08 ktu{I  
@2>j4Sc  
2Y`C\u  
3S97hn{|=  
光栅#1——结果 ~$PQ8[=  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ha%3%O8Z  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 vj?6,Ae  
"{&?t}rj+  
   ycr\vn t  
1$]hyC/f  
光栅#2——参数 s?JNc4q  
假设光栅为矩形。 h ?Ni5  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 wy1xZQ<5  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 :k"VR,riF  
光栅周期：250 nm O6[,K1,  
光栅高度：490 nm x<
S
?"  
填充因子：0.5 c~0hu*&  
n_1：1.46 )U~,q>H+ %  
n_2：2.08 O'OVj  
*_aeK~du.  
eVVm"96Q.;  
g20,et  
光栅#2——结果 tY1M7B^~  
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。 Y\Z.E;  
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。 rfl-(_3  
   u+&t"B  
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