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摘要 L-z37kG^ 2@K D
'^( 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。 PqV9k,5f v5STe`
e~]3/ 0 d 7vD 任务说明 ^uB9EP*P 9qc<m'MZ k L\;90 R
gY-fc0 简要介绍衍射效率与偏振理论 |iN!V3#S 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。 Qvc "?yx8} 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: lbM)U ny# ?^.1 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。 W4n;U-Hb 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: ?sfas57&y 7)&}riQ 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 。 "f^s*I K.3)m]dCl 光栅结构参数 533n
z8&9@ 研究了一种矩形光栅结构。 \Tq !(]o^ 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 &+V6mH9m@ 根据上述参数选择以下光栅参数: "|P8L|
@* 光栅周期:250 nm reo 填充因子:0.5 /5cFa 光栅高度:200 nm _,*ld#'s 材料n_1:熔融石英(来自目录) vv='.R, D 材料n_2:二氧化钛(来自目录) VB
53n' hP1}Do 'Cw&9cL9w 7{<:g! 偏振态分析 [:M:6JJ 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 * V;L|c 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。 X!=E1TL 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。 "rhU2jT=c b(^g v <1")JDW 0\fV'JDOR 模拟光栅的偏振态 kU uDA><1 /S4$qr cM
80qSPitj "},0Cs 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: 9A|deETa- 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 'Xj9sAB 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 K)NB{8 _ 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 jUny&Alj -M]NdgI Passilly等人更深入的光栅案例。 <cC 0l-= 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。 l#40VHa?S 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ahezDDR-.i y b 7
O>8|Lc |Z\?nZ~ 光栅结构参数 i%~^3/K 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 D@jG+k-Lm 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。 DeqTr: 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。 }^T7S2_Qy 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 \}CQo0v
Xx.4K>j+j W lDcKY 光栅#1——参数 8GRp1'\Hi 假设侧壁倾斜为线性。 &yu3nA:7D 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Xz/5Wis4 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 P''5A6#5 光栅周期:250 nm OnD!*jy 光栅高度:660 nm $e(]L(o; 填充因子:0.75(底部) lrn3yDkR? 侧壁角度:±6° %BdQ.\4DS n_1:1.46 m
2tw[6M n_2:2.08 aQ@9(j>
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cS+/ /g|H?F0 光栅#1——结果 <n8K"(sy} 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 >[,ywRJ#_} 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。 qG=?+em {VBn@^'s
)Dg;W6 1|]IWX| 光栅#2——参数 ,tt
.oF|
假设光栅为矩形。 {2|[7oNT6 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 k,)xv? 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 hLs<g!*O 光栅周期:250 nm B8XW+U 光栅高度:490 nm D'{NEk@ 填充因子:0.5 Uavr>- n_1:1.46 " Bz\<e&u n_2:2.08 TH;kJ{[} )@vhqVv? hW^*b:v{ QNH-b9u>8 光栅#2——结果 79DzrLu 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。 #3b_#+, 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。 Z&f@)j :htz] }01c7/DRP<
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