[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 j B{8u&kz)  
fI|$K)K  
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 dqcL]e  
|JsZJ9W+J  
;<4a*;IO  
%B?=q@!QWn  
任务说明 RT8 ?7xFc  
,<X9Y2B  
Gav$HLx  
bvOq5Q6
 
简要介绍衍射效率与偏振理论 0<*<$U  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 :Llb< MY2  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： wb ;xRP"w  
HjwE+:w  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 B`sAk %  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 'Z]w^<  
PQE=D0  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 /g.U&oI]D  
7uk[Oy<_  
光栅结构参数 z'7]h T
A  
研究了一种矩形光栅结构。 TkF[x%o  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Pc]HP  
根据上述参数选择以下光栅参数： 1x
x}~|F?|  
光栅周期：250 nm 5~S5F3  
填充因子：0.5 |1Z)E+q*:  
光栅高度：200 nm @PIp*[7oC  
材料n_1：熔融石英（来自目录） NX&_p!_V  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） wdoR
%b{M  
-I%5$`z  
@E8+C8'  
_(zG?]y0P  
偏振态分析 #rg6,.I)<  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 A?0Nm{O;3v  
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。 og>uj>H&  
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。 2+WaA,   
CU~PT.  
_WbxH  
c4zR*  
模拟光栅的偏振态 Y|/ 8up  
UL9n-M=  
:fJN->wY^s  
VG~Vs@c(  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： . 'yCw#f  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 P+HXn8@  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 EBmt9S
 
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 d0 /#nz  
Ht&YC<X  
Passilly等人更深入的光栅案例。 LXCx~;{\  
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。 
kvj#c  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 9Gz=lc[!7  
xd0 L{ue.  
>KKMcTOYY  
\.}c9*)  
光栅结构参数 |gY
^)9ei  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 E<*xx#p  
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。 J?$,c4;W2  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 n._
-! WI  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 _Bj":rzY  
|vzl. ^"-  
^d73Ig:8q  
光栅#1——参数 pmYHUj #  
假设侧壁倾斜为线性。 rU(+T0t?I  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 uXl3k:_n  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 f|oh.z_R  
光栅周期：250 nm h zn6kbv  
光栅高度：660 nm ;xn0;V'=  
填充因子：0.75（底部） p{dj~
&v  
侧壁角度：±6° wwcBsJ1{  
n_1：1.46 ku M$UYTTX  
n_2：2.08 o[D9I hs  

3HK\BS  
] @fk]]R  
)Xyn q(  
光栅#1——结果 }W,[/)M
O  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 IO:G1;[/2L  
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。 f(7GX3?  
*}W_+qo"  
   bi;1s'Y<D  
iDrZc  
光栅#2——参数 UJ6v(:z<  
假设光栅为矩形。 C+&l< fM&  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 %vi83%$'4  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 JOBhx)E  
光栅周期：250 nm 18:%~>.!  
光栅高度：490 nm ?=pT7M  
填充因子：0.5 b5n'=doR/I  
n_1：1.46 )@bQu~Y  
n_2：2.08 ]5:8Z@  
Od)C&N=y  
^5 Tqy(M  
d m%8K6|  
光栅#2——结果 <1M-Ro?5k  
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。 Ozf@6\/t  
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。 ;gr9/Vl  
   r",GC]  
SByW[JE