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摘要 fBQ?|~:n S\CRG> 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。 )a3IQrf= ~8m=1)A{(
<9sO Erk?}E 任务说明 #oJ5k8Wy Od?qz1 QORN9SY *GUAO){' 简要介绍衍射效率与偏振理论 ^;c 16 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。 +w8R!jdA 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: CU7F5@+ QKE9R-KTE 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。 R<x'l=,D( 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: -TZ p
FT" Ez{MU@Fk 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 。 0R0{t=VJZ }Yv\0\~'W| 光栅结构参数 VxFOYC>p 研究了一种矩形光栅结构。 MV=9!{` 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 "G:<7oTa 根据上述参数选择以下光栅参数: Kq.:G% 光栅周期:250 nm rfw-^`&{ 填充因子:0.5 VzJ5.mRQ 光栅高度:200 nm
oQ=>'w 材料n_1:熔融石英(来自目录) -{
u*qtp 材料n_2:二氧化钛(来自目录) ""svDfy$ gGMWr.!
8 Rte+(- iL $0^P0RAH 偏振态分析 @u._"/K 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 5(
_6+'0 如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 C>Is1i^9 为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 ",>H(wJ8 iRi{$.pVJ 1|8<H~& bw&myzs 模拟光栅的偏振态 g+PPW88P; /#<pVgN
DF {OnF k'_ P7 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: 8j1ekv 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 KLC{7"6e) 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 u-"c0@ 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 B}d.#G+_$x 7<9L?F2 Passilly等人更深入的光栅案例。 w{ `|N$ 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。 wNE$6 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Q:6VYONN eo^/c+FG
TCvSc\Q[:1 /XS&d%y 光栅结构参数 &Np9kIMCB 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 #=}$OFg 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。 woq)\;CK 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。 YwH./)r= 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 c<+;4z
nT#JOmv ;7Oi! BC 光栅#1——参数 t5
a7DD 假设侧壁倾斜为线性。 djT5X 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 VhEM k\ 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 Mp\<cE 光栅周期:250 nm T@^]i& 光栅高度:660 nm g<\z= H 填充因子:0.75(底部) nws"RcP+Z 侧壁角度:±6° 8Z85D n_1:1.46 A\te*G0:S n_2:2.08 3kmeD". ep(g`e
/,|CrNwY* !p
8psi0 光栅#1——结果 `"k9wC1 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 \Btk;ivg 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。 !PUp>( /-0'
Qa+*
o07IcIo }fhHXGK. 光栅#2——参数 2Ohp]G 假设光栅为矩形。 +?`b=6e(` 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 !d9AG| 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 'PdmI<eXQ 光栅周期:250 nm GO5 ~!g 光栅高度:490 nm m(sXk}e;1 填充因子:0.5 JhR W[~ n_1:1.46 ,yLw$- n_2:2.08 #WE]`zd 6!EYrX}rI[ oUW<4l 7y*ZXT]f 光栅#2——结果 [~Hg}-c 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。 ;7G_f 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。 L*]E`Xxd9 SlT*C6f qJ[@:&:
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