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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。 os=Pr{  
u!NY@$Wc  
wi{qN___  
B,`B!rU  
任务说明 E=Z;T   
#LP38 wE  
Ww8C}2g3  
*} yOL [  
简要介绍衍射效率与偏振理论 XynDo^+ru  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 RR*eq.;  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: D{%l 4og  
^TC<_]7  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 N>Dr z  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: UODbT&&  
}sbh|#  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 Mq!vu!  
Qktj  
光栅结构参数
g;N)K3\2  
研究了一种矩形光栅结构。 }N^A (`L  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 b4l=Bg"  
根据上述参数选择以下光栅参数: );8Nj zX1  
光栅周期:250 nm ^qn,b/>L  
填充因子:0.5 fjc8@S5x9j  
光栅高度:200 nm 0nz=whS{  
材料n_1:熔融石英(来自目录) `WjRb  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) &$\B&Hp@  
 ,\HZIl[8  
<!+T#)Qi  
%Tc P[<  
偏振态分析 B%~hVpm,eM  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 x.=Np\#\G-  
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。 =}bDT2Nb  
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。 9Ai e$=  
3LxhQVx2  
?`m#Y&Oi  
>";I3S-t  
模拟光栅的偏振态 P;A9t#\  
A Th<=1  
*]L(,_:"  
V^n?0^o  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: J}$St|1y  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 &#keI.,  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 -?m"+mUP  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 vG`;2laY  
xJ2DkZ  
Passilly等人更深入的光栅案例 0QWc1L  
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。 B=4xZJ Py  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 q<5AB{Oj?  
;y"=3-=vM"  
=jz*|e|V  
X?2ub/Nr#Y  
光栅结构参数 'Y6x!i2  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ^)qOILn  
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。 }bU1wIW9I  
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。 4pYscB  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 0 `Yg  
?+Q?K30:  
E< 57d,3l  
光栅#1——参数 OA_WjTwDs  
假设侧壁倾斜为线性。 Tz PG(f  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 NCid`a$  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 dX720/R  
光栅周期:250 nm "@P)  
光栅高度:660 nm xI'sprNa_1  
填充因子:0.75(底部) |a>W9Ym  
侧壁角度:±6° )<<}8Fs  
n_1:1.46 ~d9R:t1  
n_2:2.08 M, uQ8SZA[  
!=-{$& {  
| Ns-l (l  
5{`a\;*  
光栅#1——结果 :1O49g3R  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 n7CwGN%  
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。 ><l|&&e-  
=>y%Aj&4  
  
Te\i;7;4u  
kMCg fL  
光栅#2——参数 a 8(mU%  
假设光栅为矩形。 ./Y5Vk#Rp\  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 I(bxCiRV  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ['`Vg=O.{  
光栅周期:250 nm acPX2B[jJ  
光栅高度:490 nm AA&5wDMV>  
填充因子:0.5 =!V-V}KK-  
n_1:1.46 E1"H( m&6  
n_2:2.08 PQ}owEJ2eM  
A9D vU)1  
w1N-`S:  
oP%'8%tk  
光栅#2——结果 4^OPzg6Z%p  
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。 %UO ;!&K  
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。 Z7$"0%  
   `S&.gPE2  
UtpK"U$XOU  
:S_3(/} \  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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