[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 (5$!MUS~9  
|GdUL%1hnC  
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 hci6P>h<ia  
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任务说明 B]nEkO'a:  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 hQ,ch[j'  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 ePOG}k($/%  
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： $t$Sh
T
)  
epA:v|S  
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。 Z;ht  
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： 0IsPIi"7  
Bd!bg|uO*  
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。 QyEnpZ8?a  
/C:Y94B-z  
光栅结构参数 v,FU
^f-'  
研究了一种矩形光栅结构。 8}I$'x  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 qzYwt]GNS  
根据上述参数选择以下光栅参数： [;n9:Qxf  
光栅周期：250 nm VACQ+  
填充因子：0.5 lp.ldajN  
光栅高度：200 nm k0OYJ/  
材料n_1：熔融石英（来自目录） }~YA5^VQ$  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） qk%;on&`  
l.q&D<
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>~''&vdsk\  
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偏振态分析 B{QBzx1L9c  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 JA %J$d  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 Y@;CF  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 8H%;WU9-  
p)KheLiZ  
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模拟光栅的偏振态 "IZa!eUW  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： .T}Wdng  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 _~'=C#XI)  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 j_qbAP  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 %:M^4~dc  
ty8q11[8  
Passilly等人更深入的光栅案例。 T-'OwCB1q  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 /MIe(,>Uh  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 >BV^H.SO|1  
.N,bIQnj  
AuvkecuIh  
+KF^Z$I  
光栅结构参数 :">!r.Q  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Z_LFIz*c  
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。 n7zm>&  
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。 4zXFuTr($  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 4.k0<  
$[Sc0dzJ  
"H=6j)Cb  
光栅#1——参数 0.\/\V:H6  
假设侧壁倾斜为线性。 q;B4WL}  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 _?-E7:Sw  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 MR;1 2*p  
光栅周期：250 nm .u)X3..J  
光栅高度：660 nm > $O]Eu!  
填充因子：0.75（底部） =-0/k;^  
侧壁角度：±6° nXaC3W:"  
n_1：1.46 oTEL?hw5  
n_2：2.08 j5(Z_dm'  
>f|||H}Snw  
7!$Q;A  
>1.X*gi?-  
光栅#1——结果 Q{O+  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 /74QMx?  
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。 ;(b9#b.  
M-$%Rzl_  
   #%pI(,o=  
J-[,KME_^  
光栅#2——参数 kGH}[w  
假设光栅为矩形。 vt/x ,Y  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 5 )A1\  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 d8DV[{^  
光栅周期：250 nm ML}J\7R  
光栅高度：490 nm M f}~{+  
填充因子：0.5 272q1~&  
n_1：1.46 9)D6Nm  
n_2：2.08 B+$%*%b  
'@a}H9>}  
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MH =%-S   
光栅#2——结果 _no/F2>!/n  
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。 On8v//=&  
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。 k6;?)~.  
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