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infotek 2022-06-27 09:14

衍射级次偏振态的研究

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。 /A}3kTp  
CCfuz&  
?XL[[vyr  
Z"'rc.>a  
任务说明 ?{%P9I  
2_;.iH 6  
GjE/!6b  
LgRx\*[C*  
简要介绍衍射效率与偏振理论 /XS6X  
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。 5^cPG" 4@  
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: mfFC@~|g  
4ao oBY$  
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。 2,puu2F  
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: ESiNW&u2  
"UKX~}8T  
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 }Xyu" P  
Ks@S5:9sp  
光栅结构参数
)`F? {Sg  
研究了一种矩形光栅结构。 /:>qhRFJA:  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 yxQxc5/X)  
根据上述参数选择以下光栅参数: ,=B "%=S  
光栅周期:250 nm j+]>x]c0  
填充因子:0.5 qd~)Ya1  
光栅高度:200 nm yk!,{Q?<$  
材料n_1:熔融石英(来自目录) ps"crV-W  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) pD##lkJr  
w;0NtV|  
QX ishHk&  
d?WA}VFU  
偏振态分析 l*HONl&j  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 N\=pH{  
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。 IGEf*!  
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。 y`:}~nUdT  
* gr{{c  
vrm[sP  
?(Dkh${@  
模拟光栅的偏振态 \E9Z H3;  
eHF#ME  
QUb#;L@okn  
\v9IbU*js  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: PP/M-Jql)  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 *6e`km  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 x%B^hH;W  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 N/DcaHFYo  
}DxXt  
Passilly等人更深入的光栅案例 lDe9(5|)Q  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 }+#-\a2  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 i&-g 0  
"w9`UFu%^e  
Y"D'|i  
T.d+@ZV<#  
光栅结构参数 +Qt=N6>  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ]7O)iq%  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 apF!@O^}y  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 C 6Bh[:V&  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 l^:m!SA_  
Km8btS]n  
-_ .f&l8  
光栅#1——参数 vI{JBWE,S  
假设侧壁倾斜为线性。 8;P8CKe  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 S9 <J \`FG  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 IQMk:  
光栅周期:250 nm ,]i ^/fT  
光栅高度:660 nm xYc)iH6&  
填充因子:0.75(底部) w}G2m)(  
侧壁角度:±6° C#emmg!a\  
n_1:1.46 O}MY:6Pe  
n_2:2.08 yrnB]$hf  
&Sj<X`^  
q5 I2dNE  
~7Kqc\/H&I  
光栅#1——结果 >"f,'S5*  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 %'kaNpBz  
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。 jx!)N>  
=<_xUh.  
  
W*QD'  
$B7<1{<=W  
光栅#2——参数 >1`FR w<  
假设光栅为矩形。 muQH!Q  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 R<Ojaj=V  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 zawU  
光栅周期:250 nm HLg/=VF7?  
光栅高度:490 nm miCt)Qd  
填充因子:0.5 qo}-m7  
n_1:1.46 XASoS5  
n_2:2.08 n <6}  
X, <&#l  
iJ~5A'?6  
MX|CL{H  
光栅#2——结果 5`{+y]  
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。 F:%= u =  
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。 <&n3"  
   v'a]SpE5  
GfUIF]X  
$lOx 6rL  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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