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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。 F12S(5Z0%  
qsQ]M^@>  
U Ek |8yq  
|2tSUOZ  
任务说明 &4a~6  
*s 1D\/H  
w?*'vF_2:#  
Z z{[Al{  
简要介绍衍射效率与偏振理论 }C9VTJs|  
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。 xow6@M,  
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: 1ZGQhjcx  
$,!dan<eA  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 BIwgl@t!>  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: jKe$&.q@  
.CB"@.7  
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 q>wa#1X)  
OpbszSl"y  
光栅结构参数
-sruxF  
研究了一种矩形光栅结构。 >& 4I.nA  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 y81#UD9[  
根据上述参数选择以下光栅参数: 6T5A31 Q  
光栅周期:250 nm ([z<TS#Md  
填充因子:0.5 Lcm~QF7cd  
光栅高度:200 nm Zi15wE  
材料n_1:熔融石英(来自目录) +Px<DX+  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) |^>L`6uo  
@Wlwt+;fT  
4IH0un  
"1=.5:yG  
偏振态分析 OdtbVF~  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 BHiw!S<  
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。 6jQ&dN{=qB  
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。 o)$Q]N##  
MC[ `<W)u  
y"%iD`{  
"m<eHz]D  
模拟光栅的偏振态 v>yGsJnV'  
/;]B1T7  
H@OrX  
I=3B 5u  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: 8z3I~yL_`+  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 a`GN@ 8  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 D{3 x}5  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 UlLM<33_)  
n8y,{|  
Passilly等人更深入的光栅案例 %^)JaEUC  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 ~ L i%  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 SFXfo1dqH  
Oujlm|  
!Sr0Im0  
eO[Cb]Dy:  
光栅结构参数 #E~WVTO w  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 d~xU?)n)  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 OL6xMToP  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 /^es0$Co.  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 u" NIG  
CzDR%vx  
SBYMDKZ  
光栅#1——参数 u3v6$CD?  
假设侧壁倾斜为线性。 aZ`_W|  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 3Wtv+L7Br  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 ]I.& .?^i0  
光栅周期:250 nm s5Bmv\e.i5  
光栅高度:660 nm Z2pN<S{5  
填充因子:0.75(底部) 8bKWIN g_n  
侧壁角度:±6° e8ig[:B>+  
n_1:1.46 q4#f *]  
n_2:2.08 "a%ASy>?g  
p'w"V6k('~  
Lb3K};SIV  
Xxsnpb>  
光栅#1——结果 )su <Ji*  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 DJ2]NA$Q*  
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。 ^Hhw(@`qf  
r{N{! "G  
  
N@du.d:  
Dy!bj  
光栅#2——参数 ?M{ 6U[?  
假设光栅为矩形。 -GkK[KCH  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 '|A5a+[  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 pGcx jm  
光栅周期:250 nm 4+?ZTc(  
光栅高度:490 nm A%czhF  
填充因子:0.5 ]3 8<ly7  
n_1:1.46 Hpo?|;3D5  
n_2:2.08 pQ-^T.'  
<[B[  
"VVR#H}{  
"6o}qeB l  
光栅#2——结果 5`{;hFl  
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。 i,b7Ft:F&  
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。 { `|YX_HS  
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~FCSq:_  
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zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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