[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 2]KPW*V  
0To 5|r  
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。 9Ei#t FMc  
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任务说明  D-EM  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 Q|r1.  
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。 _Xe< JJvq  
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： +OP'/  
TW? MS em  
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。 JG$J,!.\  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： KPrxw }P  
l$@lk?dc  
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。 ,o6: V]a  
tV%\Jk),  
光栅结构参数 ~UFsiVpL  
研究了一种矩形光栅结构。 wYM{x!D  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Hc3/`.nt  
根据上述参数选择以下光栅参数： iIRigW  
光栅周期：250 nm "Vy\-^  
填充因子：0.5 G*V 7*KC  
光栅高度：200 nm dRC+|^rSC  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 'S>Jps@  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 1z!Lk*C)  
WJ,ON-v  
XAkl,Y  
TR7TF]itb  
偏振态分析 VUhu"h@w%  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 l;i u`  
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。 wEqCuhZ  
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。 Tl-B[CT  
< ,n4|z)  
KLB?GN?Pb  
G(e?]{(  
模拟光栅的偏振态 yIP IA%dJ  
cFo-NI2  
;bmd<1  
{%dQ
V#'c  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： H%V[% T4=  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 6jA Q  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 S d -+a  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 CdjGYS  
'JVvL  
Passilly等人更深入的光栅案例。 ^hJ,1{o  
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。 zc5_;!t  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 =0|e
vC  
l1-FL-1  
ggWfk  
;anG F0x  
光栅结构参数 /vKDlCH*  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 *a4eL [  
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。 Z]CH8GS~<  
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。 L x&ZWF$  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 Vy VC#AK,  
,y @3'~  
6cvm\opH  
光栅#1——参数 `MS=/xE  
假设侧壁倾斜为线性。 (Nf.a4O  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 8X5XwFf}  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 I Cs1=  
光栅周期：250 nm -W,b*U  
光栅高度：660 nm fq'Of wT  
填充因子：0.75（底部） !h~\YE)  
侧壁角度：±6° jrR~V* :k  
n_1：1.46 g*uO IF  
n_2：2.08 b6ddXM\Z  
<R$|J|  
f]ef 1#  
7+bzCDKU  
光栅#1——结果 dLq!t@?iu>  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ~%ZO8X:^  
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。 xUUp?]9y  
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L.'N'-BV  
光栅#2——参数 wl4yNC  
假设光栅为矩形。 hkY E7  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ,??|R`S  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 O(VV-n7U  
光栅周期：250 nm MvCBgLN  
光栅高度：490 nm s.U p<Rw  
填充因子：0.5 m,b<b91  
n_1：1.46 *SZ<ori  
n_2：2.08 "x)W3C%*S  
l)Hu.1~  
l`k3!EZDS  
//(c 1/s  
光栅#2——结果 D+U^ pl-  
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。 ME.LS2'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。 9b0Z Ey{  
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