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摘要 bnHQvCO3$ +z}O*,M"q 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。 .<7M4Z U l8G R
@{N2I$%6 nX~Qt% 任务说明 E[q:65xl fy]z<SPhVJ w=Ai?u <LL+\kfTZO 简要介绍衍射效率与偏振理论 OH.^m6Z 某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 KmS$CFsGL 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: #gn{X!;-; =h5&:?X 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。 0<tce 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: eajctkzj ykK21P,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 。 @uA=v/>+ c=d` DJ 光栅结构参数 (zbV-4C 研究了一种矩形光栅结构。 eb1WTK@ 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 SB~HHx09 根据上述参数选择以下光栅参数: m8M2ka 光栅周期:250 nm )(b,v/: 填充因子:0.5 PL"u^G` 光栅高度:200 nm QguRU|y 材料n_1:熔融石英(来自目录) ]hE%Tk- 材料n_2:二氧化钛(来自目录) a(.q=W HGycF|]2 mq#8[D RJ}%pA4I 偏振态分析 xXb7/.*qE 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 WO;2=[#O; 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。 *<HA])D, 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。 JG^fu*K .X1xpi% <S[]VXy F:$*0! 模拟光栅的偏振态 !O)je>A kPRG^Ox8e
d23;c )'
X|&v]mJ 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Y @(izC&h 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 <n4?wo 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 w-{a>ZU0 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 &VPfI #(pY~\ Passilly等人更深入的光栅案例。 o|7ztpr Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 c"*xw8| 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 1&Z#$iD P~}Yj@2
xg(*j[ff3 y':JUwUN 光栅结构参数 !)r1zSY"g 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 4De2miq 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。 DpbprT7_ 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。 Jb;@'o6 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 Z\[6'R4.#
_-=yD@;[D ?3#L?Cq 光栅#1——参数 ]0o_-
NI 假设侧壁倾斜为线性。 ;$.^ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 m'n<.1;1{j 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 0{^ 0>H0 光栅周期:250 nm #i;y[dQ 光栅高度:660 nm f|+aa6hN
填充因子:0.75(底部) +b
sc3 侧壁角度:±6° [iXk v\ n_1:1.46 Mg~62u n_2:2.08 |S6L[Uo j^5VmG
H |%'$oWp dBm!`;r4 光栅#1——结果 uqHI/4 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 1xTNrLW 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。 jR[b7s Bo+Yu(|cL
P=<>H9p:o ()MUyW"S#` 光栅#2——参数 bZ SaL^^( 假设光栅为矩形。 *";O_ :C! 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 d-{1>\-_ 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 GMKY1{ 光栅周期:250 nm U[O7}Nsb" 光栅高度:490 nm nPR*mbW 填充因子:0.5 Uz_OUTFM n_1:1.46 [;Y*f,UG_- n_2:2.08 ^Lc, w e3.q8r ;9;jUQ]MyG .b|!FWHNS 光栅#2——结果 1|WrJ-Uf 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。 !g[UFw 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。 TCI)L}L| jZgCDA8Mr! R ~? 9+
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