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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#WN2f, <:  
P*6m~`"5  
^.6yzlY  
~LS</_N  
任务说明 rn|]-^ku/  
!i t orSl  
DC h !Z{I  
1b3 a(^^E  
简要介绍衍射效率与偏振理论 Dz0D ^(;V  
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。 %C/p+Tg  
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: =6~  
BaQyn 6B  
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。 dcY(1p)  
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: DO(};R%=  
Oo :Dt~Ib  
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 r0}x:{$M  
P\MDD@  
光栅结构参数
@mCe{r*`  
研究了一种矩形光栅结构。 4J5zSTw  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。  4v`/~a  
根据上述参数选择以下光栅参数:  g!}]FQBb  
光栅周期:250 nm x#`p.sfVo  
填充因子:0.5 P gA<pfEHE  
光栅高度:200 nm *V kaFQZ$,  
材料n_1:熔融石英(来自目录) AJ}FHym_ZQ  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) GY%5N= u  
9I/l+IS"X  
*,z/q6  
4z(~)#'^  
偏振态分析 1\fx57a\  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 q=W.82.U  
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。 W\~ie}D{  
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。 L ?/AKg  
fM ID}S  
S a +Y/  
hV(^Y)f  
模拟光栅的偏振态 C>Hdp_Lm  
',R%Q0Q  
@/ ^< 9  
?xqS#^Z  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: `o{ Z;-OF  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 u:APGR^  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 I$.lFQ%(  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 &9flNoNR9  
JH\:9B+:L  
Passilly等人更深入的光栅案例 z0rYzn?MR  
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。 #r#[&b  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 TBt5Nqks-  
cjL)M=pIS  
R%szN.cI  
[e` | <  
光栅结构参数 QQW}.>N  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 =H)]HxEEM  
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。 d0)]^4HT|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。 |p/ *OFC6  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 )l`Ks  
=Q<VU/  
LVg#E*J  
光栅#1——参数 k( Sda>-  
假设侧壁倾斜为线性。 %"v:x?d$$o  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 lC#wh2B6  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 EK4%4<"  
光栅周期:250 nm Q$ew.h  
光栅高度:660 nm 4"@;.C""  
填充因子:0.75(底部) ZRf9'UwS  
侧壁角度:±6° ULt5Zi  
n_1:1.46 -u@ ^P7  
n_2:2.08 ^mq(j_E.  
fJr EDj4(  
FQ4R>@@5  
ei4LE XQ16  
光栅#1——结果 [@9S-$Xa  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 ^"7- `<J  
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。 2vpQ"e- A  
p K-tj  
  
>fYcr#i0[  
m+XHFU  
光栅#2——参数 ;<0vvP|  
假设光栅为矩形。 9KX% O-'  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ; +\h$  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 /!0&b?  
光栅周期:250 nm  +#,J`fV%  
光栅高度:490 nm (xW+* %  
填充因子:0.5 9.(|ri  
n_1:1.46 b4L7]&  
n_2:2.08 zd%f5L('  
[ifw}(  
6qDt 6uB  
02Vfg42  
光栅#2——结果 *KNfPh#wi}  
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。 5[)5K?%  
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。 /lR*ab  
   ^S`hKv&87  
d_we?DZ|  
C:No ^nH>  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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