[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 yIn$ApSGY  
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光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 fWq*Op.]c  
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任务说明 1N(1h D  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 BZ:tVfg.  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 \\\8{jq  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： LWJ ?p-X  
-c]AS[(  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 y(QFf*J  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： Jf?6y~X>Y  
e^\e;>Dh>  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 y& yf&p  
V($V8P/  
光栅结构参数 Godrz*"  
研究了一种矩形光栅结构。 #PD6LO  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 T%)E!:}v  
根据上述参数选择以下光栅参数： lvWwr!w  
光栅周期：250 nm exhU!p8  
填充因子：0.5 !\4B.  
光栅高度：200 nm 7?R600OA  
材料n_1：熔融石英（来自目录） PhC3F4  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） mF\!~ag|  
1V1I[CxlX  
0pMN@Cz6  
Oq.ss!/z  
偏振态分析 ?p@J7{a  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 %a~/q0o>  
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。 e9[72V  
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。 iWD|F-  
u5A?; a  

a,vS{434J  
rT[qh+KWe  
模拟光栅的偏振态 ffmtTJFC5  
* HKu%g  
l{Df{1b.  
b&F9<XLqq  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： _aPAn
|.  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ;`#R9
\C=h  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 O,B\|pd2  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 )k,n}  
P'U2hCif  
Passilly等人更深入的光栅案例。 X-HE9PT.  
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。 pjFO0h_Y  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Y'|,vG  
xW`y7Q}p  
z/{X
{+Z  
D|9+:Y  
光栅结构参数 v~Q'm1!O4\  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 C")genMH  
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。 #; ?3kuq(  
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。 TsTc3  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 o]oiJvOr  
Kn~Rck| ]  
=D/zC'l  
光栅#1——参数 >lRZvf-i  
假设侧壁倾斜为线性。 R(~wSL*R>  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 p +i1sY  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 &|>~7(
 
光栅周期：250 nm W r/-{Wt  
光栅高度：660 nm s7Agr!>f  
填充因子：0.75（底部） C.j
WT1  
侧壁角度：±6° sP(+Z^/  
n_1：1.46 #Lhv=0op  
n_2：2.08 '{d@Gc6.  
Xi&J%N'  
O]u'7nO{{  
FRd"F$U  
光栅#1——结果 |ri)-Bk ,  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 WBE>0L  
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。 T^}UE<  
E^i]eK*"  
   OH\^j1x9I  
AYbO~_a\N  
光栅#2——参数 Py)ZHML  
假设光栅为矩形。 W" 5nS =d%  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 qNEp3WY:  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 |u&cN-}C d  
光栅周期：250 nm fM;,9  
光栅高度：490 nm I'uwJy_I\  
填充因子：0.5 s*izhjjX  
n_1：1.46 ":Dm/g  
n_2：2.08 &3Zq1o  
|9I)YD  
>d/H4;8  
8+F5n!
 
光栅#2——结果 "%-Vrb=:Y  
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。 6CY&pbR  
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。 "7B}hZ^)W  
   8`q7Yss6F  
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