[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 |2&mvjk@H  
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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。 ?d#(ian  
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任务说明 [3NV #  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 +
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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。 k
5r*?Os  
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： jW$f(qAbm  
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其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 ,F9wc
<V8  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： W2(=m!:U  
(V?`W7  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 XUNgt(OGR'  
*7V{yK$O|  
光栅结构参数 0H]9$D  
研究了一种矩形光栅结构。 $/#)  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 E :gArQ  
根据上述参数选择以下光栅参数： (qONeLf%  
光栅周期：250 nm n?fC_dy  
填充因子：0.5 .7Bav5 ;  
光栅高度：200 nm Sh6 NgO  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 5P2FNUKL  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ] r+I D  
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偏振态分析 h4xdE0  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 #{`NJ2DU]  
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。 u}0t`w:  
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。 a#**96Av  
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模拟光栅的偏振态 @].aFhH`)  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： S%|' /cFo  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 NPq2C8:  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 uV\#J{'*  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 {lw ec"{  
Ek\Zi#f<  
Passilly等人更深入的光栅案例。 $jL.TraV7  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 7cQw?C  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ECfY~qK  
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j+v)I=  
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光栅结构参数 EE{%hGb  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 |'(IWU  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 nW[aPQ[R  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 p`C5jfI  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 #Z5~a9rO  
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I*t}gvUt9  
光栅#1——参数 artS*fv3r  
假设侧壁倾斜为线性。 UcIR0BYa  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 v0pEN\  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 E$baQU hKS  
光栅周期：250 nm a#@opUn-  
光栅高度：660 nm [#V!XdQ,  
填充因子：0.75（底部） oOvbel`;  
侧壁角度：±6° L>*|T[~  
n_1：1.46 <7h'MNf&  
n_2：2.08 #7)6X:/O  
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光栅#1——结果 IEj`:]d  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ={d\zjI$  
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。 gNBI?xs`p  
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光栅#2——参数 e<pojb1Q  
假设光栅为矩形。 3x$#L!VuU  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 L.(k8eX  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。
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光栅周期：250 nm hy rJu{p  
光栅高度：490 nm q2Dg~et  
填充因子：0.5 ZGBcy}U(k  
n_1：1.46 2^:nlM{u  
n_2：2.08 _;+&'=6.[  
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光栅#2——结果 23m+"4t  
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。 iWEYSi\)n  
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。 k3w#^ "i  
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