[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 `o8b\p\zn  
5@" bx=  
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。 @tdX=\[~  
f#pT6  
e!UR
j\*  
.7ESPr  
任务说明 Q*+@"tk<  
.L0pS.=LT  
T {a%:=`  
s03DL  
简要介绍衍射效率与偏振理论 2lDgvug  
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。 *,-)4)7d  
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： W@GcE;#-  
JAj<*TB.%  
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。 f(=yC}si  
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： 12])``9  
sTU]ntoQqR  
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。 0|9(oP/:  
c5>&~^~>Tx  
光栅结构参数 "5BgajrB  
研究了一种矩形光栅结构。 {dhuvB  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 0PE $n  
根据上述参数选择以下光栅参数： 9Xmb_@7b}  
光栅周期：250 nm HdGAE1eU]}  
填充因子：0.5 d}3<nz,  
光栅高度：200 nm ~O?Gi 4^Yg  
材料n_1：熔融石英（来自目录） =L{lt9qQz  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） "?Wwcd\  
cBb!7?6(  
2GLq#")P  
yc8FEn!)&  
偏振态分析 q]=.Aik  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 UTc$zc7  
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。 X0^gj>GI|  
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。 I! {AWfp0  
M.zS +  
E
&}r"rbI  
;Jr6  
模拟光栅的偏振态 z11;r]VI  
Kg=TPNf"$  
hi"[R@UG  
m=Y9sB  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： @=h%;"  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 .%+'Ts#ie  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 PvBx<i}A  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Ij(S"P@  
-20o%t  
Passilly等人更深入的光栅案例。 I7r{&X) D  
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。 PwQW5,,h0  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 iaQ[}'6!$  
B]ul~FX  
xcnHj1r-o'  
!I-+wc{ss  
光栅结构参数 \xkLI:*\  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 KGxF3xS*7  
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。 yGT"k,a  
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。 N(vzxx^  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 C6,GgDH`  
&{9'ylv-B)  
#HWz.Wb  
光栅#1——参数 'Y(#Yxc  
假设侧壁倾斜为线性。 T#6']D  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 `I,A7b  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 t1b$,jHmKl  
光栅周期：250 nm *_`T*$  
光栅高度：660 nm JaKR#Y$+~  
填充因子：0.75（底部） jWLZ!a3+  
侧壁角度：±6° @^a6^*X>  
n_1：1.46 (9*s:)zD-  
n_2：2.08 0 lXV+lj  
z{pNQ[t1Z  
^c83_93)R  
`Gx"3ZUn  
光栅#1——结果 !H{)L@f  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 2`+
?s  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 >9a%"<(2#  
H$KE*Wwq  
   \3n{%\_  
Kv:UQdnU[  
光栅#2——参数 %}%D8-d}G  
假设光栅为矩形。 Fe.Y4\xz  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 <89@k(\ /  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ?=jmyDXH!  
光栅周期：250 nm VD/Wl2DK  
光栅高度：490 nm B/q/sC  
填充因子：0.5 o m`r^3,  
n_1：1.46 s#`%c({U|  
n_2：2.08 ?u"(^93f  
_55T  
vY *p][$  
B7nMyoj  
光栅#2——结果 m}:";>?#  
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。 Vx
jEKc  
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。 [@kzC/Jq3  
   8V_ ]}W  
ZB:Fjq