[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 L-z37kG^  
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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。 PqV9k,5f  
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任务说明 ^uB9EP*P  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 |iN!V3#S  
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。 Qvc "?yx8}  
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： lbM)U  
ny# ?^.1  
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。 W4n;U-Hb  
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： ?sfas57&y  
7)&}riQ  
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。 "f^s*I  
K.3)m]dCl  
光栅结构参数 533n z8&9@  
研究了一种矩形光栅结构。 \Tq !(]o^  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 &+V6mH9m@  
根据上述参数选择以下光栅参数： "|P8L| @*  
光栅周期：250 nm r
eo  
填充因子：0.5 /5cFa  
光栅高度：200 nm _,*ld#'s  
材料n_1：熔融石英（来自目录） vv='.R, D  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） VB 53n'  
hP1}Do  
'Cw&9cL9w  
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偏振态分析 [:M:6JJ  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 * V;L|c  
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!=E1TL  
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。 "rhU2jT=c  
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模拟光栅的偏振态 kU uDA><1  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 9A|deETa-  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 'Xj9sAB  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 K)NB{8 _  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 jUny&Alj  
-M]NdgI  
Passilly等人更深入的光栅案例。 <cC0l-=  
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。 l#40VHa?S  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ahezDDR-.i  
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O>8|Lc  
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光栅结构参数 i%~^3/K  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 D@jG+k-Lm  
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。 DeqTr:  
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。 }^T7S2_Qy  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 \}CQo0v  
Xx.4K>j+j  
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光栅#1——参数 8GRp1'\Hi  
假设侧壁倾斜为线性。 &yu3nA:7D  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Xz/5Wis4  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 P''5A6#5  
光栅周期：250 nm OnD!*jy  
光栅高度：660 nm $e(]L(o;  
填充因子：0.75（底部） lrn3yDkR?  
侧壁角度：±6° %BdQ.\4DS  
n_1：1.46 m 2tw[6M  
n_2：2.08 aQ@9(j> F  
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光栅#1——结果 <n8K"(sy}  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 >[,ywRJ#_}  
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。
qG=?+em  
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光栅#2——参数 ,tt .oF|  
假设光栅为矩形。 {2|[7oNT6  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 k,)xv?  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 hLs<g!*O  
光栅周期：250 nm B8XW+U  
光栅高度：490 nm D'{NEk@  
填充因子：0.5 Uavr>-  
n_1：1.46 " Bz\<e&u  
n_2：2.08 TH;kJ{[}  
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光栅#2——结果 79DzrLu  
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。 #3b_#+,  
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。 Z&f@)j  
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