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摘要 &/=>:ay+# PB4E_0}h 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。 shxr^ +,7dj:0S
O;f^'N F}0QocD 任务说明 ;|w &n m(nlu !$AVlMnJ KoiU\r 简要介绍衍射效率与偏振理论 SDiZOypS 某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 jd l1Q<Z 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: |`s}PcV mW1Sd#0 其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 M
^ZoBsZ 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: [ar:zlV8 *)ed( +b 因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 。 *]z.BZI: J><O
51 光栅结构参数 '15j$q 研究了一种矩形光栅结构。 p]`pUw{ 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 a%tm[Re 根据上述参数选择以下光栅参数: <Nvw
w 光栅周期:250 nm p1v:X? 填充因子:0.5 Jl Q%+$ 光栅高度:200 nm E{T\51V]% 材料n_1:熔融石英(来自目录) A/{pG#if]3 材料n_2:二氧化钛(来自目录) %%c0UaV uA
C:& ce2d)FG}e (J.(Fl>^ 偏振态分析 .`Z{ptt> 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 tt[P{mMQ 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。 90sM S]a 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。 B_hob Qu!\Cx@ |rdG+> *Vfas|3hZI 模拟光栅的偏振态 G&D N'bp aZ@4Z=LK
||`w MWq +n,8o:fU: 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: FPaj
p 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 1GOa'bxm 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 |r}%AN6+ 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 IS&`O=7 vlyq2>TfR Passilly等人更深入的光栅案例。 YtW#MG$f Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 kjNA~{ 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 :m#vvH `6~*kCj5
Pdf_{8r n/$Bd FH 光栅结构参数 bcM#KA 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ~e{2Y% 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。 YD.3FTNGC 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。 4bAgbx-^ 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 Z6D4VZVF
T:)>Tcv}: u:HKmP; 光栅#1——参数 rFx2S 假设侧壁倾斜为线性。 V2g$"W?3 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Vaha--QB 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 ,<EmuEw | 光栅周期:250 nm bx6@FKns} 光栅高度:660 nm (R6ZoBZ 填充因子:0.75(底部) `t6lnO 侧壁角度:±6° N"r ;d+LTL n_1:1.46 \W= n_2:2.08 1'aS2vB9 M<ad>M
2CmeO&(Qf* gKYn* 光栅#1——结果 o8s&n3mY}y 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 ~B=\![ 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。 UD9h5PgT LL[+QcH
hJ}G5pX etTuukq_Z 光栅#2——参数 ]6:5<NW 假设光栅为矩形。 ..~{cU4Tt 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 =x7ODBYW^ 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 :+R5"my 光栅周期:250 nm Fn[~5/ 光栅高度:490 nm R
+\y". 填充因子:0.5 R=e`QMq n_1:1.46 htF&VeIte n_2:2.08 _Jp_TvP> jV<LmVcZY 61mQJHl. w}YHCh 光栅#2——结果 iEU(1?m2- 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。 S;t~"87v* 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。 >^ Y9p~ AoR`/tr, TuF:m"4
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