[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 -MORd{GF  
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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。 $+,kibk*R  
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任务说明 k,ezB+  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 <oSx'_dc  
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。 .&h|r>*|J  
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： qa4j>;  
x1"8K  
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。 `3z6y&dmx  
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： e+?;Dc-SJ\  
L(C0236r  
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。 lg{M\ +  
-a'D~EGB^  
光栅结构参数 NL'(/|)  
研究了一种矩形光栅结构。 tqL2' (=  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Zm+GH^f'  
根据上述参数选择以下光栅参数： o@L '|#e  
光栅周期：250 nm
t"5ZYa
 
填充因子：0.5 JM53sx4&  
光栅高度：200 nm (-@I'CFd  
材料n_1：熔融石英（来自目录） ]H<}6}
Gd  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） } V"A;5j`  
jY ;Hdb''  
|;"(C# B  
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偏振态分析 n8FIxl&u  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 Fz5eCe\B  
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。 <X?xr f  
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。 <)"2rxX&5  
(%9J(4  
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模拟光栅的偏振态 hI*6f3Vn(n  
ET%F+  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： }^*`&Lh  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 A[^k
4>  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 G\(*z4@Gz  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 :z\||f  
'L^M"f^I  
Passilly等人更深入的光栅案例。 3(:?Z-iKe  
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。 !
[eipOX  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 w,X J8+B  
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#fXy4iL l  
光栅结构参数 q3|SZoN  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Ym$`EN  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 z$VVt?K  
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。 ?iL-2I3*  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 (Sj<>xgd  
+^.xLTX`$  
:]LW,Eql  
光栅#1——参数 5H( ]"C  
假设侧壁倾斜为线性。 uI3oPP> $  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Vq^b_^  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 !|cM<}TF,  
光栅周期：250 nm ~N)(|N  
光栅高度：660 nm @2>c
e2+  
填充因子：0.75（底部） V2g"5nYT  
侧壁角度：±6° %2beoH'  
n_1：1.46 V h5\'Sn  
n_2：2.08 sBNqg~HwB?  
0;w84>M  
bvT$/(7  
8SCXA9}  
光栅#1——结果 T7
(d  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 msOE#QL6a  
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。 EWWCh0 {  
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光栅#2——参数 *~.'lE%[U  
假设光栅为矩形。 aED73:
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忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 D<[kbt5^7  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 s1X?]A  
光栅周期：250 nm Ctk1\quz  
光栅高度：490 nm $]a*ZHd;2&  
填充因子：0.5 !VHw*fL|r  
n_1：1.46 d-I=xpB  
n_2：2.08 MI`<U:-lP  
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光栅#2——结果 rgEN~e'  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 >=3oe.$)  
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。 q%XjJ -s:  
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