[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 b=5"*=T{+  
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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。 H}R/_5g  
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任务说明 BP&T|s  
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P;V$%r`yD  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 zPonG d1  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 m0I)_R#X[  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： X7cqAi  
)Oxsasn)M  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 K/Q%tr1W0  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： :7,j%ELic  
y_>l'{w3^  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 Ej\Me  
e5g# a}  
光栅结构参数 "Cj{Z@n  
研究了一种矩形光栅结构。 e ej:  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 78=a^gRB  
根据上述参数选择以下光栅参数： 'F\@KE-d  
光栅周期：250 nm M+7&kt0;  
填充因子：0.5 \iBEyr]  
光栅高度：200 nm I`$"6 Xy  
材料n_1：熔融石英（来自目录） PQu_]cXI  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ~o_zV'^f@o  
X]Aobtz  
N(6Q`zs  
q X"Pg  
偏振态分析 3 #8bG(  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 `b11,lg  
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。 N;YAG#'9~_  
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。 SBf8Ipe  
9+"R}Nxv^  
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模拟光栅的偏振态 cYC@@?  
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?M}W;Z  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： '`)r<lYN,  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 agbG)t0  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 q =\3jd  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 W~!uSrY  
0r=KY@D  
Passilly等人更深入的光栅案例。 pie,^-_.g  
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。 [Y
q*DkW  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 e5}KzFZmZ  
ul-A'  
R_vF$X'Ow  
TtWE:xE  
光栅结构参数 + a
,x  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 m,Fug1+N  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 <>Nq]WqA  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 pV^(8!+  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 Rv/=bY  
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;Y^.SR"  
光栅#1——参数 x%Fy1.  
假设侧壁倾斜为线性。 r(VGdG  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 fz[-pJ5[  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 tO@n3"O  
光栅周期：250 nm * NB:"1x  
光栅高度：660 nm 1
.U9EuI  
填充因子：0.75（底部） U2DE zr  
侧壁角度：±6° GyVRe]<>B  
n_1：1.46 8fH.E  
n_2：2.08 +kj d;u#  
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@N-+  
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Y)ig:m]#  
光栅#1——结果 L'@@ewA  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 &^I2NpT  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 `{B<|W$=  
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$Lc-}m9n  
光栅#2——参数 H wu(}  
假设光栅为矩形。 j,J/iJs  
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。 c+bOp 05o-  
光栅周期：250 nm Lc?q0x^s  
光栅高度：490 nm 3c|u2Pl  
填充因子：0.5 9EU0R H  
n_1：1.46 ~\QN.a  
n_2：2.08 dBG5IOD  
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光栅#2——结果 C}D\^(nLu.  
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。 T:G8xI1 P  
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。 )bkJ['9  
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