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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。 cetHpU ,  
HEh,Cf7`'  
tQ~vLPi$  
WRrCrXP  
任务说明 r{2V`h1/|  
Ya~*e;CW2  
$]LhE:!G  
+5~5BZP  
简要介绍衍射效率与偏振理论 t7#lRp&  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 pV:;!+  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: <5@VFRjc  
m-T@Og  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 3<F\ 5|  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: I "Qf};n  
LL% Aw)Q`  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 _C"=Hy{  
eV(nexE  
光栅结构参数
b^s978qn#  
研究了一种矩形光栅结构。 |z.x M>  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 V Ioqn$  
根据上述参数选择以下光栅参数: <9f;\+zA  
光栅周期:250 nm J)o.@+Q}  
填充因子:0.5 n0)0"S|y1  
光栅高度:200 nm _EHz>DJ9  
材料n_1:熔融石英(来自目录) fGdT2}gd  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) \iL{q^Im  
0nOkQVMk>  
+|0f7RB+R  
@kh:o\  
偏振态分析 ~t=73 fwB  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 =:fN  
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。 #Sg< 9xsW  
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。 bqPaXH n  
,i]X^z5!  
h95a61a,Vy  
LOO<)XFJ  
模拟光栅的偏振态 uy'I#^Bt  
O~P1d&:L  
LI~ofCp  
3[{RH*nHD  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: WNnB s  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 s2f6;Yc  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 ;15 j\{r  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 pZxuV(QP`  
'v^Zterr  
Passilly等人更深入的光栅案例 @"h @4q/W  
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。 W^e"()d/Z  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 y@Gl'@-O  
r'F)8%  
y/vGt_^;3<  
}+@GgipyO.  
光栅结构参数 ?z pN09e  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 1XppC[))  
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。 #r,LV}*qg  
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。 ztEM>xsk  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 ITssBB9  
H@uDP  
)lh Pl  
光栅#1——参数 [ !<  
假设侧壁倾斜为线性。 zNo>V8B(  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ?9Hs,J  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 P:OI]x4  
光栅周期:250 nm w}rsboU  
光栅高度:660 nm xg.o7-^M  
填充因子:0.75(底部) -\|S=< g  
侧壁角度:±6° Gnthz0\]{  
n_1:1.46 }!_ofe  
n_2:2.08 WU +OS(  
aj`_* T"A  
o4t6NDa  
*Y]()#?Gr  
光栅#1——结果 i-FsA  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 S x0QPX  
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。 dd-`/A@  
bu:%"l  
  
Hx?OCGj=S*  
I]iTD  
光栅#2——参数 y# iQ   
假设光栅为矩形。 9Hm>@dBhM  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 _&R lR  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 s&)>gE\  
光栅周期:250 nm ;&} rO.0  
光栅高度:490 nm MJ_]N+  
填充因子:0.5 _ `~\zzUZ  
n_1:1.46 WNO!6*+  
n_2:2.08 e-EY]%JO  
GwM(E^AG  
a,ZmDkzuv  
-d)+G%{  
光栅#2——结果 kn9e7OO##  
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。 Oe)B.{;Ph  
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。 6 k+4R<  
   vrX@T ?>  
lS96sjJp@  
_q z^|J  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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