[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 ptGM'  
vWI9ocl`W  
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。 l"!.aIY"e  
z=vfP%  
<T:u&Ic  
+Ck<tx3h&  
任务说明 GEy^*, d  
{PGNPxUbe  
_QfA'32S  
)El#Ks5u  
简要介绍衍射效率与偏振理论 "YHqls}c  
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。 R1/)Yy  
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： LJYFz=p"  
|"DQ^)3Pi  
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。 U$6N-q  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： ZeF PwW  
l,HMm|oU  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 s$J0^8Q~i  
jR\&2;T  
光栅结构参数 tlu-zUsi  
研究了一种矩形光栅结构。 AM*V4}s*9k  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 5YMjvhr?W  
根据上述参数选择以下光栅参数： '>_'gR0O  
光栅周期：250 nm 6~V$0Y>]  
填充因子：0.5 ~c,HE] B  
光栅高度：200 nm 8a|p`)lT  
材料n_1：熔融石英（来自目录） #A@*k}/+  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 0Z8K+,'!  
,*8}TIS(s  
G%-[vk#]  
q
YZX, x  
偏振态分析 bcC;i~9  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 6;9SU+
/  
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。 i,M<}e1  
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[H`u,%
+(  
|Spy |,/  
=K~<& l8
 
B<J}YN  
模拟光栅的偏振态 _a"5[sG  
r
q
Dre`m  
kJq8"Klg  
y[oc^Zuo
 
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ".onev^(  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 [>Z~&cm  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 )t{?7wy  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ?d0I*bs)7  
(S* T{OgO  
Passilly等人更深入的光栅案例。 %f
nL  
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。 IQf:aX  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 i]a 5cn  
eaCv8z
dX  
NGtSC_~d  
l_5]~N  
光栅结构参数 XzgJ@  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 k?3NF:Yy7  
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。 iyAeR!`  
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。 C,Q>OkSc  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 0#0[E,  
thIuK V{CO  
BSYJ2  
光栅#1——参数 wO/}4>\  
假设侧壁倾斜为线性。 .z4 fJx  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ~cQ./G4  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 O@6iG  
光栅周期：250 nm #S)+eH  
光栅高度：660 nm .;)7)%  
填充因子：0.75（底部） FY+0r67]  
侧壁角度：±6° /J )MW{;O  
n_1：1.46 ER<LP@3k  
n_2：2.08 rg64f'+Eug  
$!%/Kk4M  
'!^5GSP3&  
A-x; ai]  
光栅#1——结果 | s%--W  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 S#_g/3w  
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。 3cfW|J  

dU<\FW_  
   T1 >xw4uo  
#pO=\lJ
,  
光栅#2——参数 E j`  
假设光栅为矩形。 ZmeSm& hQ_  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 &~)PB |  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 |fqYMhA U  
光栅周期：250 nm >?>@&A/  
光栅高度：490 nm EK`}?>'  
填充因子：0.5 67/JsL  
n_1：1.46 Z>

Jm  
n_2：2.08 5IE3[a%X  
Ey96XJV  
G(gJtl  
E#}OIZ\S  
光栅#2——结果 @i2"+_}*  
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。 +9Q,[)e r  
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。 ._'AJhU$0  
   v6=pV
4
k9  
)N$T&