[技术]受粗糙光栅表面影响的光栅级次效率分析 [复制链接]

该案例介绍了一个正弦光栅的仿真，该光栅表面具有随机变化的粗糙度结构。此外，分析了对衍射级次的影响，特别是衍射效率。 U{@2kg-  
SUvrOl   
1. 建模任务 Vhe$vH  
]1[:fQF7/L  
]{t!J^Xn  
 一个正弦光栅不同衍射级次的严格分析和优化。 =L?2[a$2;  
 对于该仿真，采用傅里叶模态法。 <<Z, 1{3F  
iMV=R2t 2  
2. 建模任务：正弦光栅 Q^xk]~G$(  
NE Zu?g  
x-z方向(截面视图) gC_KT,=H;  
+A$>F@u  
o?IrDQ2gmh  
光栅参数： s+=':Gcb(C  
 周期：0.908um L7.SH#m  
 高度：1.15um PY+4OZ$  
(这些参数提供了一个具有均匀分布传输效率0级和±1级衍射级次，详见案例341) `z7,HJ.0c  
~Jj~W+h  
3. 建模任务 H_aG\  
$Fy>N>,E(  
Wu$yB!  
O*W<za;  
m4'jTC$  
 VirtualLab光栅工具箱提供的光栅级次分析器，可对光栅衍射效率进行严格的计算。 *{\))Zmhd  
#k)t.P Q  
 利用该分析器，也可以分别计算出现的每个衍射级次的衍射效率。 D`KaIqLz  
GY^;$?  
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o-;/x)  
4. 光滑结构的分析 $~
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T4[/_;1g  
j5]ul!ji  
|f.,fVVV;  
 计算衍射效率后，结果可在级次采集图中显示。 hr hj4  
 对于光滑结构，参数平稳，0级和±1衍射级次的传输效率大约为32% JZ&_1~Z=  
#l3)3k*;  
(vvD<S*  
xH}bX-
m  
5. 增加一个粗糙表面 =);@<Jp  
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ErQ6a%~,  
 VirtualLab光栅工具箱可将两个界面进行组合(如添加)。 Gzg3{fXl  
 因此任意光栅形状(如正弦光栅)可以与粗糙表面组合，形成粗糙光栅面型。 ;Zr7NKs  
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AYpvGl'  
@2*Q*  
KC9e{  
1xkrhqq  
PL3hrI 5  
 该粗糙面有可通过几个选项来实现表面的变化(如周期化)。 rPqM&&+  
 第一个重要的物理参数称为”最小特征尺寸”。 =Vazxt@[  
 第二个重要的物理参数是定义”总调制高度”。 ~131|e`C  
a/1;|1a.  
P8ZmrtQm  
6 .)Xeb"  
6. 对衍射级次效率的影响 _{gqi$Mi  
GG +
T-  
N;6o=^ic  
粗糙度参数：  X)+6>\  
 最小特征尺寸：20nm u]9\_{c]Q  
 总的调制高度：200nm ;gD\JA  
 高度轮廓 D}j`T  
~id:Rh>o  
)5gj0#|CG@  
{ I\og  
0\X<vrW  
 效率 5gqs"trF  
T?1V%!a;f  
 粗糙表面对效率仅有微弱的影响 jlFlhj:/I  
u*rP8GuS  
w`V6vYd@  
 粗糙度参数： 最小特征尺寸：20nm 6Io}3}3  
 总调制高度：400nm 高度轮廓 uLWu. Vx  
N'R^gL  
WvSm!W  
$~W5! m  
 效率 {uoF5|O6K  
;l ZKgi8`  
 由于粗糙表面的总调制高度变大，±1级衍射效率发生轻微不对称。 "QiR  
v$Hz)J.01  
粗糙度参数： MGt>:&s(]  
 最小特征尺寸：40nm +>K&zS  
 总调制高度：200nm $D#h, `  
 高度轮廓 ?4Rd4sIM$u  
\AKP ea=  
R_KDY  
G2)F<Y  
 效率 k:R\;l5  
]rH[+t-  
,6X;YY  
'yq?xlIj  
 更大的”最小特征尺寸”降低了0级衍射的透射效率。 bS r"k  
k'#3fz\  
3?]81v/  
粗糙度参数： ]h(Iun  
 最小特征尺寸：40nm %\HPYnIe  
 全高度调制：400nm a'?;;ZC-  
 高度轮廓 9$;5J  
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Cd 2<r6i  
 效率 &zX W  
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`v``}8tm  
`y.4FA4"8  
?%hd3zc+f  
 对于较粗糙的表面，0级衍射效率大幅降低，而且±1级衍射效率的不对称性增大。 WF~BCP$OR  
B?=R= p  
7. 总结 !~~KM?g  
 VirtualLab的光栅工具箱可对任意形状光栅结构进行严格分析(如包含一个附加粗糙面的正弦光栅)。 K
{v^Y,B  
 对于这种类型的分析，VirtualLab中采用全矢量傅里叶模态法。  t8EI"|  
 光栅级次分析器能够计算全部或特定衍射级次的衍射效率。 jeRE(3'Q  
 利用VirtualLab光栅工具箱，光栅表面的粗糙度可被加以考虑。因此，由于加工引起的结构差异产生的影响可被估算。 A'z]?xQR  
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