[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 v=$v*W  
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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。 #/\5a;Elc  
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任务说明 ]^uO3!+  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 J.N%=-8  
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。 IDyf9Zra?  
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： "hdcB 0  
8&\<p7}=h  
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。 Xkk m~sM6  
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： Ox#%Dm2  
m_wBRan  
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。 R-+k>_96|  
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光栅结构参数 <E[X-S%&  
研究了一种矩形光栅结构。 GcmN40  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 v,#*%Gn`%  
根据上述参数选择以下光栅参数： b`)^Ao:  
光栅周期：250 nm N&n2\
Y  
填充因子：0.5 I@76ABu^  
光栅高度：200 nm (sSMH6iCif  
材料n_1：熔融石英（来自目录） *_ {w0U)  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） VC,wQb1J/  
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&_n~#Mex  
偏振态分析 maW,YOyRN  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 }@>=,A4Y  
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。 /"Ws3.p  
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。 {B8W>>E  
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模拟光栅的偏振态 tEhYQZ  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： H*BzwbM?  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Rl@k~;VV  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ]c%yib  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ]"Z*Hq z  
cD5c&+,&I  
Passilly等人更深入的光栅案例。 @5jJoy(mX@  
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。 ]N
gK(IU  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 7/%{7q3G>  
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光栅结构参数 #
/!fLU@  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 hqOy*!8'@  
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。 rjqQWfShY  
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。 ^|-*amh  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 -?{bCq  
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t-7^deG'/n  
光栅#1——参数 WxwSb`U|  
假设侧壁倾斜为线性。 %6rMS}  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 NGZEUtj  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 ?`T< sk8c  
光栅周期：250 nm -ZwQL="t  
光栅高度：660 nm v|r\kr k  
填充因子：0.75（底部） ".ay
pD)W  
侧壁角度：±6° {hYH4a&Hb  
n_1：1.46 AfAg#75q  
n_2：2.08 pd2Lc $O@  
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光栅#1——结果 )\fAy  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 *j9{+yO{ZE  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 fT9z 4[M  
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%@JNX}Y'  
光栅#2——参数 zGKDH=Yy ;  
假设光栅为矩形。 VK)1/b=yT  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 5m2`$y-nb  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 `-qRZh@E  
光栅周期：250 nm ={_.}   
光栅高度：490 nm ' *hy!f]  
填充因子：0.5 29eg.E  
n_1：1.46 &.XYI3Ab1  
n_2：2.08 o&M2POI~q  
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光栅#2——结果 Bqo8G->  
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。 9[.vtk\iyH  
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<SCW+>z2a  
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