[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 3B]E2  
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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。 A pzC  
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任务说明 $J4)z&%dr  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ;P'5RCqj  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 ;P<h9(  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： mCn:{G8+  
,5U[#6^  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 pcIS}+L  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： ;[4=?GL*  
,+d8   
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 J>M9t%f@  
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光栅结构参数 83]m/
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研究了一种矩形光栅结构。 "C3J[) qC  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ld"rL6  
根据上述参数选择以下光栅参数： 60n>FQ<  
光栅周期：250 nm *oLDy1<  
填充因子：0.5 x44V 9-o  
光栅高度：200 nm 3 [#Rm>,Vu  
材料n_1：熔融石英（来自目录） }T PyHq"  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） EhKG"Lb+  
DBGU:V,85  
8,F|*YA  
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偏振态分析 oP T)vN?  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 cBbumf9C  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 wQ/.3V[  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 yIr0D6L  
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&E6V'*<93  
Oc,HnyV+  
模拟光栅的偏振态 .*n*eeD
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： a;Pn.@NVq  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。
' -9=>  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 FjizPg/|!  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 SXe1Q8;  
i`<L#6RBT  
Passilly等人更深入的光栅案例。 m8 _yorz  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 Y^DGnx("m  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 !?).4yr  
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光栅结构参数 !/a6;:_y  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 h 2JmRO  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 l1`r%9gr  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 gm-9 oA X  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 )FG/   
jAcKSx$}y"  
*"Iz)Xzc`  
光栅#1——参数 T~L V\}h  
假设侧壁倾斜为线性。 .v}|Tp&k  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 N^wHO<IO1  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 9@IL547V  
光栅周期：250 nm %CnNu  
光栅高度：660 nm z Fj|E  
填充因子：0.75（底部） \et2a
X !  
侧壁角度：±6° ~H   
n_1：1.46 VpB)5>  
n_2：2.08 K1R?Qt,qDF  
G9am}qr  
O^6anUV0  
[MKG5=kaE  
光栅#1——结果 <]DUJuF-M  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 |*b-m k  
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。 $%M]2_W(
 
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   1tI=Dwx  
yH43Yo#Rk  
光栅#2——参数 l\Ww^   
假设光栅为矩形。 '3sySsD&O  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 W#^.
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矩形光栅足以表示这种光栅结构。 '|yCDBu  
光栅周期：250 nm =O8>[u;  
光栅高度：490 nm Ya!%o> J%t  
填充因子：0.5 9iM%kY#)W  
n_1：1.46 WcM\4q@  
n_2：2.08 o[WDPIG  
F&7|`o3  
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光栅#2——结果 HOCj* O4  
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。 @^.W|Zh[&  
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。 ITn PF{N  
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