[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 ?,]eN&`  
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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。 w5yX~8UzJ  
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d+vAm3.Dg  

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任务说明 ,:#h;4!VRF  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 Q{5.;{/eC  
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。 Y78DYbU.  
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： 0_AIKJrL  
Bt#'6::  
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。 VT-%o7%N  
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： @LFB}B  
E3(o}O  
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。 ?D,j!Hy  

#C'E'g0  
光栅结构参数 EM@EB<pRX  
研究了一种矩形光栅结构。 orYZ<,u  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 8_ascvs5  
根据上述参数选择以下光栅参数： yJ`{\7Uqg  
光栅周期：250 nm Z4:^#98c.  
填充因子：0.5 +6}CNC9Mp  
光栅高度：200 nm acar-11_o/  
材料n_1：熔融石英（来自目录） ?bu=QV@  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） L7nG5i  
GIT"J}b}  
$-|$4lrS  
}I MV@z B  
偏振态分析 9~$E+m(  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 H|7XfM  
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。 *YX5bpR?  
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。 =y(*?TZH  
I(WIT=Wi<  
p-lFzNPc0  
,`OQAJ)>  
模拟光栅的偏振态 SSbx[<E3  
"'GhE+>Z  
@y'ZM  
DF>tQ  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： _"OE}$C  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 I<XYLe[_S  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 /2hRLyeAZ  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ^16zZ*
 
ycwkF$7  
Passilly等人更深入的光栅案例。 fYzP4  
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。 o2hk!#5[4  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 3IjsV5a  
Vy|4k2
 
s? Xgo&rS_  
: 2$*'{mM  
光栅结构参数 ?=^\kXc[  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 VXlAK(   
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 GKOl{och  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 BX6kn/i  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 Hq,@j{($  
,!LY:pMK  
'\+"3!$  
光栅#1——参数 fLd2{jI,  
假设侧壁倾斜为线性。 H3`.Y$z  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 |W$|og'wC  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 n)Cr<^j  
光栅周期：250 nm r{84Y!k~*  
光栅高度：660 nm WRAL/  
填充因子：0.75（底部） 1X`,7B@pz  
侧壁角度：±6° z]C=nXbk  
n_1：1.46 6w(r}yO]
 
n_2：2.08 lhnGk'@d  
'?Q"[e  
B"\9slX  
S0gxVd(  
光栅#1——结果 F u^j- Io  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 P,a9B2  
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。 Z h9D^I  
olA+B  
   S-ZN}N{,6  
JZ*.;}"
 
光栅#2——参数 Q<g>WNb  
假设光栅为矩形。 #$W0%7  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 1-N+qNSD`  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。
6,M$TA  
光栅周期：250 nm O"df5x9@  
光栅高度：490 nm @iXBy:@  
填充因子：0.5 vdQ#CG$/  
n_1：1.46 >SLmlK  
n_2：2.08 ^,t@HN;gA  
;m>/tD%  
'6e4rn{  
%.]#3tW  
光栅#2——结果 (=fLWK{8  
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。 U6*[}Ww  
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。 9E8&~y  
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