[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 iB
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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。 Bw]Y71  
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任务说明 o& g01t  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 uTgvMkO  
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。 s}NE[Tw  
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： T2Q`Ax7  
KiXRBFo  
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。 \>b :  
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： 21b  
5 *8V4ca  
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。 AATiI+\S  
>h?!6L- d  
光栅结构参数 #bz#&vt$  
研究了一种矩形光栅结构。 O_yk<  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Sm@T/+uG:  
根据上述参数选择以下光栅参数： U}w,$ Y  
光栅周期：250 nm lV4|(NQ9  
填充因子：0.5 @2>A\0U  
光栅高度：200 nm [8F1rZ&  
材料n_1：熔融石英（来自目录） {tq.c9+!d  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） p~/  
O#j&8hQ>  
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~]CQ DR:  
偏振态分析 i&%~:K*
  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 T$p!IRPt  
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。 T*
AXS|=ju  
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。 T d E.e(  
2U;6sn*e  
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模拟光栅的偏振态 /I`AwCx  
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4f)B@A-  

k0@b"y*  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Oz3JMZe  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 3PmM+}j3  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 xL-]gwq  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 >bwB+-lyL  
|"j{!Ei  
Passilly等人更深入的光栅案例。 FX"j8i/N  
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。 +v!%z(  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 iJ&*H)}^  
~pv|  
)=~OP>7B  
Yo 0wufbfV  
光栅结构参数 16J"QUuG  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 mE|?0mRA %  
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。
Z1 7=g@  
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。 A_:CGtv:  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 8-s7^*!  
<D_UF1Pk  
5]-q.A5m  
光栅#1——参数 VLdQXNg9W"  
假设侧壁倾斜为线性。 0bl?dOV{  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 U*p;N,SjQ  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 QfdATK P  
光栅周期：250 nm d[0
R#2y=  
光栅高度：660 nm ]AB<OjF1c|  
填充因子：0.75（底部） CyR1.|!@  
侧壁角度：±6° 5_H`6-q  
n_1：1.46 C\3;o]  
n_2：2.08 q(Q$lRj/I-  
5$58z  
'<Fr}Cn  
Em<B9S  
光栅#1——结果 ?:sk [f6  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 SS)9+0$  
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。 eYpK!9
 
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   o)V@|i0Js  
w \U?64  
光栅#2——参数 xWiR7~E  
假设光栅为矩形。 /h(bMbZ  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ~;V5*t  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 SsY:gp_  
光栅周期：250 nm h/iL/Q=  
光栅高度：490 nm <n;9IU  
填充因子：0.5 pO_$8=G+  
n_1：1.46 qh]D
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n_2：2.08 z^FJ  
)/p=ZH0[  
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d,5,OJY2f  
光栅#2——结果 -4;$NiB?  
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。 #n_gry!5  
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*^m8  
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