[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 gy0l@ 5 N  
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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。 gm'8,ZL  
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任务说明 1%g%I8W%  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 %|Sh|\6A!  
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。 D<%/:
M  
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： (= #EJB1(  
x%@n$4wk7  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 /x\{cHAt8J  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： Z7)la |  
F|nJ3:v  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 j S~Wcu  
t*KgCk1  
光栅结构参数 &V"9[0  
研究了一种矩形光栅结构。 \\}tD@V"  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ;d5d$Np@m&  
根据上述参数选择以下光栅参数： PaIE=Q4gJ  
光栅周期：250 nm 2Tt^^Lb  
填充因子：0.5 F)XO5CBK  
光栅高度：200 nm w8~B@}%  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 20h+^R3{Z  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 4TX~]tEyky  
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偏振态分析 m}`!FaB #  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 f i#p('8  
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。 A43 mX!g\  
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。 |&wwH&<[z  
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模拟光栅的偏振态 KF!?;q0J  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ?azi(ja  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ';,Rq9-'  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 W[BwHNxyg  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 h=*eOxR"4^  
}LYK:?_/  
Passilly等人更深入的光栅案例。 nI0TvBD  
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。 1>)q5D  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 k z{_H`5.  
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光栅结构参数 X7."hGu@  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Cr&,*lUo  
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。 &GKtD)  
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*x3O%zH  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 Ng,<4;  
CQ;.}=j ,  
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光栅#1——参数 5oOF|IYi  
假设侧壁倾斜为线性。 {V
K   
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 `514HgR  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 :n0czO6E  
光栅周期：250 nm _-6IB>  
光栅高度：660 nm ^E]Xq]vd"  
填充因子：0.75（底部） ;:Kd?Tz$  
侧壁角度：±6° SN<Dxa8Iy  
n_1：1.46 h
Ai`2GP.  
n_2：2.08 k\/idd[  
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9fhgCu]$  
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光栅#1——结果 N0mP EF2  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 *h
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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。 9$Dsm@tX  
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(^lw<$N  
光栅#2——参数 kklM"Av  
假设光栅为矩形。 /\-iV)h1@  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 V7}3H2]^  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 LkK# =v  
光栅周期：250 nm f#>ubmuI^  
光栅高度：490 nm C]01(UoSZ  
填充因子：0.5 UB9n7L(@c  
n_1：1.46 vQ_D%f4;  
n_2：2.08 q-<t'uhs[  
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光栅#2——结果 S`t@L}  
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。 "54t7  
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。 k.@OFkX.  
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