[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 naW
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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。 /,#&Htk  
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任务说明 A;#GU`  
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V/i7Zh#2:  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 qox31pnS  
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。 E7UYJ)6]  
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： ,mW-O!$3W  
V61.UEN  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 L BP|  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： {pW(@4U  
\3v}:E+3  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 S)[$F}  
[X|KXlNfm  
光栅结构参数 %["V "{ z  
研究了一种矩形光栅结构。 dk4|*
l-  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ;NeN2|I]  
根据上述参数选择以下光栅参数： $+.!(Js"K  
光栅周期：250 nm |Y\BI^
 
填充因子：0.5 I4"U/iL51  
光栅高度：200 nm J`4{O:{4  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 5 NdIbC  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 6t(I.>-  
ykbTWp$Y4Z  
&fYV FRVkq  
.8.LW4-ff  
偏振态分析 C
[h^bBq  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 EzDQoN7Em  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ~}fQ.F*7R  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 =ADdfuKN  
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P_f^gB7  
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模拟光栅的偏振态 UjI-<|  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： nd/.]"  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 zgh~P^Z  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ;_vo2zl1  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 *(sUz?t  
KDzTe9  
Passilly等人更深入的光栅案例。 nm597WeZp  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 6$|!_94>*)  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 X}s}E ;v9  
j[Xci<m  
&0*=F%Fd  
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光栅结构参数 {a `#O9  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 S=bdue  
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。 $rG~0  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 PLmf.hD\  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 <(U:v  
t$W~X~//  
C_JDQByfL  
光栅#1——参数 *?GV(/Q  
假设侧壁倾斜为线性。 $WV N4fg  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 }.j09[<  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。
L~])?d  
光栅周期：250 nm e:&(y){n(  
光栅高度：660 nm pl{Pur ;i  
填充因子：0.75（底部） 7u9!:}Tu  
侧壁角度：±6° `>mT/Rmb@  
n_1：1.46 1hQeuG  
n_2：2.08 a8Q=_4 l  
rcWr0q  
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v)  
(IY=x{b  
光栅#1——结果 M!e$h?vB  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 (t\ F>A  
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。 gVs8W3GW  
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光栅#2——参数 xxN=,p  
假设光栅为矩形。 rfdT0xfcU  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
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矩形光栅足以表示这种光栅结构。 mar BVFz~  
光栅周期：250 nm xxlYn9ke  
光栅高度：490 nm )+nY-DB(  
填充因子：0.5 7Q(5Nlfcz  
n_1：1.46 (KF=v31_m  
n_2：2.08 oq<n5  
Y^Olcz  
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光栅#2——结果 QlHxdRK`.  
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。 Yb<t~jm  
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。 (\QkXrK  
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