[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 Mb1wYh  
vbaC+AiX  
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>S2}y
 
/e(W8aszi  
Y0}4WWV  
3 1k
 
任务说明 D?mDG|Z  
onib x^Fcd  
DL1 +c`d  
` .$&T7  
简要介绍衍射效率与偏振理论 9$wAm89  
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。 %i595Ij-]  
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： Sk$KqHX(  
vzG ABP  
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。 KGD'mByt"  
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： #"<?_fao~  
E<k^S{  
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。 CbQ4
Y  

UBIIo'u  
光栅结构参数 gs>A=A(VYf  
研究了一种矩形光栅结构。 nd.hHQ  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 N8QH*FX/F1  
根据上述参数选择以下光栅参数： 4kh8W~i;/  
光栅周期：250 nm fK"iF@=Z`  
填充因子：0.5 FB_NkXR  
光栅高度：200 nm \OY}GR
Kt  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 9DPb|+O-  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） .6Fsw   
&Sa~/!
M  
x 'mF&^  
6+e4<sy[E  
偏振态分析 o} {-j  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 XL~>rw<  
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。 QtlT&|$   
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。 0qR$J  
EZ{\D!_Y  
#a'r_K=ch)  
4DM*^=9E  
模拟光栅的偏振态 `S$sQ&  
abSq2*5K  
$ 9=8@  
L;lk.~V4T  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： G B&:G V  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 +A\V)  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 N<n8'XDdG  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ZB0+GG\  
b5S7{"<V  
Passilly等人更深入的光栅案例。 I=odMw7Hj  
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。 GW8CaTf~  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 '$6PTa  
s~Gw  

I^:F)a:  
dN0mYlu1|  
光栅结构参数 [4\aYB9N  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 U{HML|  
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。 n.ct]+L  
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。 nALnB1  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 =y<0UU  
Km"&mT $  
*m&%vj.Kc  
光栅#1——参数 63C(Tp"  
假设侧壁倾斜为线性。 0Az/fzJlz  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 gmDR{loX  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 j.B>v\b_3  
光栅周期：250 nm 
8t=3  
光栅高度：660 nm O{u[+
g  
填充因子：0.75（底部） i7s\CY  
侧壁角度：±6° T]uKH29.%  
n_1：1.46 s>r ^r%uK  
n_2：2.08 H0+:XF\M  
.:[`j3s)Y  
B.RRdK+:  
%l;*I?0H  
光栅#1——结果 J^h'9iQpi  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 03F3q4"  
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。 ~b#OFnyG  
506V0]`/  
   }PmTR4F!}  
4i`S+`#  
光栅#2——参数 2+Zti8  
假设光栅为矩形。 ^}hZ'<PK  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -!~vA+jw1  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 >3!DOv   
光栅周期：250 nm 4&]%e6,jH  
光栅高度：490 nm >>j+LRf*  
填充因子：0.5 @Kp1k> ov  
n_1：1.46 /3F<=zikO  
n_2：2.08 #@E(<Pu4`  
6i-*N[!U  
"f<#.}8  
G:DSWW}  
光栅#2——结果 .*:h9AE7vo  
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。 9?(x>P  
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。 F:_F
jxU  
   @7-D7