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摘要 aF&r/j+}o $ \Q<K@{ 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。 ku/\16E/k r5MxjuOB1
H GO#e 2BoFyL* 任务说明 @-'/__cgt )XLj[6j0 <|{L[ 1YOg1 n+k 简要介绍衍射效率与偏振理论 ?,ZELpg n 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。 RLdlz 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: ==%`e/~Y AMbKN2h1f 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。 W(;x\Nc7 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: Ik`O.Q.} E2^ KK:4s 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 。 i{o#3 $Y8>_6%+T 光栅结构参数 f ,tW_g 研究了一种矩形光栅结构。 't
+"k8 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 v<L=!-b^ 根据上述参数选择以下光栅参数: iuiAK 光栅周期:250 nm 3p:=xL 填充因子:0.5 7~_{.f 光栅高度:200 nm }x*7l`1 材料n_1:熔融石英(来自目录) u?Fnlne4@ 材料n_2:二氧化钛(来自目录) Y\.-v\uJu (C,e6r Y >%-Hj6% :]vA2 偏振态分析 !\QeBd+ 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 *8z"^7?^= 如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 "hL9f=w 为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 u3U4UK !n|#|.0m 7$!yfMttu :.Y|I[\E% 模拟光栅的偏振态 kW#S]fsfU Hal7
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&=YSM.G 1o8wy_eSs 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: xpF](>LC( 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 @&;(D!_& 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 Rv98\VD" 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 KacR?Al 5?Bc
Y; Passilly等人更深入的光栅案例。 (B@X[~ 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。 X:>$8 ^gS 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 JjQ8|En C@1CanL@3
|+98h&U~ tv0Ha A 光栅结构参数 ny)]GvxI 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ',GV6kt_k 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 yf!,4SUkU 由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 98GlhogWt 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 u#1%P5r&X
wzd`l?o, {;*}WPYb 光栅#1——参数 ]fZ<`w8u} 假设侧壁倾斜为线性。 @dl8(ILk' 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 >-M ]:=L 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 f-4.WW2FN 光栅周期:250 nm P|N2R5(>T 光栅高度:660 nm C}q>YRubZ 填充因子:0.75(底部) BWh}^3?l 侧壁角度:±6° D|l,08n"? n_1:1.46 pE2QnNr' n_2:2.08 Oa!
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ND5$bq Nu? =Q-k'= 6\ 光栅#1——结果 3Hw[s0[$ 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 +TH3&H5I_A 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。 ?n.)&ZIx0 bHE7yv [
xST4}Mb^f -p`L%xj\ 光栅#2——参数 [[WF0q 假设光栅为矩形。 v8m`jxII64 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 e`iEy=W 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 9#qeFBI 光栅周期:250 nm &+01+-1hW 光栅高度:490 nm zC=a3 填充因子:0.5 *nRNg.i3D n_1:1.46 !77NG4B n_2:2.08 :HRT 2I */(I[p /1d<P! H s9O2k}] 光栅#2——结果 xzm@
v( 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。 e4\dpvL 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。 (?>cn_m BtsdeLj| _'!kuE,*1
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