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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。 ',0~\V  
$B4}('&4FQ  
-!MDYj+U  
n?pCMS|  
任务说明 d{0 w4_x  
>qx~m>2|8]  
H/Goaf%  
j:|60hDz^  
简要介绍衍射效率与偏振理论 >w9)c|  
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。 ##u+[ !  
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: Y[T;j p(k  
44?5]C7  
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。 AnPm5i.  
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: vD) LRO Z  
a-Cp"pKlVY  
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 5%?La`C9[  
{H $\,  
光栅结构参数
]Vl5v5_  
研究了一种矩形光栅结构。 *^c4q|G.-  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 j1YE_U  
根据上述参数选择以下光栅参数: q) /;|h  
光栅周期:250 nm {L$b$u$7:  
填充因子:0.5 wXZ.D}d  
光栅高度:200 nm GQ|kcY=  
材料n_1:熔融石英(来自目录) :M|c,SQK  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) 8t}=?:B+{  
R_vZh|  
'[Oi_gE.  
Z6>:k,-Ot  
偏振态分析 4g\a$7 r  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 q9WdJ!-^X  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ADv a@P  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 NFLmM  
h#]}J}si  
2y_rsu\  
gSR&CnqZ<  
模拟光栅的偏振态 w,3`Xq@  
8ZG'?A+{  
5Tu#o ()  
m3_e]v3{o  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: mu"]B]  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 nZ\,ZqV  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 5\=9&{WjND  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 ;\<?LTp/r  
XZ|"7as  
Passilly等人更深入的光栅案例 j&T/.]dX&  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 #(aROTV5a  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 i6`8yw  
@%\ANM$S  
RX2= iO"  
y\0^c5}  
光栅结构参数 E=QL4*?   
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 n"FOCcTIs  
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。 V'K$:9^x[8  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 Jh466; E  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 cC}s5`  
3Vw%[+lY9  
]LSa(7>EU  
光栅#1——参数 uqQMS&;+,|  
假设侧壁倾斜为线性。 bLV@Ts  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 'E&K%/d  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 rM=Hd/ki5  
光栅周期:250 nm )<^ ~${$U  
光栅高度:660 nm M9&tys[KX  
填充因子:0.75(底部) 1MahFeQ[  
侧壁角度:±6° ycE<7W  
n_1:1.46 FBY~Z$o0.  
n_2:2.08 !k s<VJh  
$`=?Nb@@#  
;XtDz  
=VY4y]V  
光栅#1——结果 RsOK5XnQn  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 n9J>yud|  
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。 M^[ jA](a  
dY|jV}%T  
  
* ;M?R?+  
5Y&@ :Y  
光栅#2——参数 A"k,T7B  
假设光栅为矩形。 % (.PRRI  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 6,h<0j{  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 vOj$-A--qU  
光栅周期:250 nm Y~:7l5C  
光栅高度:490 nm xD#/@E1'Y  
填充因子:0.5 kj#yG"3+  
n_1:1.46 avz 4 &  
n_2:2.08 950b9Vn&  
GGuLxc?(  
BxqCV%9o  
onlyvH4  
光栅#2——结果 gf=*m"5  
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。 xVe!  
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。 QM]^@2rK2  
   ,rdM{ r  
b2Hpuej  
~h/U ;Da  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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