[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 kA)`i`gt  
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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。 rOj(THoc{  
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任务说明 :_nGh]%  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ]1|7V|N6  
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。 l8_RA  
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： _\= /~>Xl  
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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。 (v:8p!QN  
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： Qw|y%Td8r  
`0w!&  
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。 RyM29uD  
FL&Y/5  
光栅结构参数 !x||ObW\H  
研究了一种矩形光栅结构。 r(_Fr#Qn  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 }#Iqq9[  
根据上述参数选择以下光栅参数： bxBndxl  
光栅周期：250 nm TIaiJvo  
填充因子：0.5 olXfR-2>1  
光栅高度：200 nm i=pfjC  
材料n_1：熔融石英（来自目录） MBU4Awj  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） EU'rdG*t/R  
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s$0dLEa9  
9;`hJ!r  
偏振态分析 7uF @Xh  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 0m\( @2E  
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。 /+. m.TF  
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。 ^EW6}oj[  
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模拟光栅的偏振态 hgwS_L  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： $"}
*#<Z  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 =KD[#au6a  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 +@7c:CAy(  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 LfCgvq6/pO  
:6m"}8*q8  
Passilly等人更深入的光栅案例。 /len8FRf  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 AP4s_X+=  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 yZNg[KH  
L}_VT J  
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%N\8!aXnf  
光栅结构参数 :3J`+V}9;  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ~(`MP<  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 E>2AG3)  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 8|
+@A1)&4  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 1 .o0"  
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^?A>)?Sq  
光栅#1——参数 [p(0g;b
x  
假设侧壁倾斜为线性。 W*n|T{n  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 vAOThj)  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 3#\C!T0y  
光栅周期：250 nm `}a-prT<f  
光栅高度：660 nm &0d5".|s  
填充因子：0.75（底部） )]\-Uy$x  
侧壁角度：±6° Y 7?q`  
n_1：1.46 }We-sZ/w7r  
n_2：2.08 Q#&6J=}  
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R[m+s=+  
Kv#Q$$)r  
光栅#1——结果 F+W{R+6  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 >rYMOC~  
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。 6\y?+H1  
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   A-M6MW  
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光栅#2——参数 ?]+!gz1  
假设光栅为矩形。 5F]2.<i  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ]9wTAb  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 f>Tn#
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光栅周期：250 nm uNqN &7g  
光栅高度：490 nm ,WAJ& '^  
填充因子：0.5 5UG"i_TC  
n_1：1.46 &F'n >QT9q  
n_2：2.08 3 [O+wVv  
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光栅#2——结果 e YiqTWn:  
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。 ~{{7y]3M-  
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。 Ldy(<cN  
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