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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。 L ~N460  
ysY*k`5  
R0*|Lo$6  
6.yu-xm  
任务说明 ]:J$w]\  
7 HYwLG:\~  
uQKT  
a9Zq{Ysj  
简要介绍衍射效率与偏振理论 {E|$8)58i  
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。 '!B&:X)  
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: pOoEI+t  
$/Uq0U  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 S{T >}'y  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: \:LW(&[!  
BnF^u5kv%  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 4;2uW#dG"  
NC6&x=!3  
光栅结构参数
>Cq<@$I2EB  
研究了一种矩形光栅结构。 a/xn'"eli  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 M kXmA`cP  
根据上述参数选择以下光栅参数: 5wU]!bxr  
光栅周期:250 nm NL+N%2XG7  
填充因子:0.5 #&e-|81H  
光栅高度:200 nm vKAN@HSYr  
材料n_1:熔融石英(来自目录) &s>Jb?_5Mx  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) 1<aP92/N&  
Q\sK"~@3  
dft!lBN  
N?`' /e  
偏振态分析 N!tX<u~2  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 .O<obq~;C  
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。 AbW6x  
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。 C\hM =%  
&_8 947  
{R{=+2K!|k  
KD.]i' d<  
模拟光栅的偏振态 P@~yx#G  
X1_5KH  
:7;@ZEe  
HTTC TR  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: {?7Uj  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 %E;'ln4h&,  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 X2'0PXv>!  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 "Z+k=~(  
7F~X,Dk_  
Passilly等人更深入的光栅案例 '$+ogBS  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 8zq=N#x  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 hOK8(U0  
4s oJ.j8  
3Tm+g2w2V8  
:.`2^  
光栅结构参数 uCB=u[]y4  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 j_j]"ew)  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 1G`Pmh@  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 2MK-5 Kg  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 p5*jzQ  
ML p9y#  
xN'I/@ kb  
光栅#1——参数 MiX43Pk]  
假设侧壁倾斜为线性。 iH'p>s5L  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 *qpSXmOz  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 RPbZ(.  
光栅周期:250 nm AQ^u   
光栅高度:660 nm 0<*<$U  
填充因子:0.75(底部) :Llb< MY2  
侧壁角度:±6° cm+P]8o%{  
n_1:1.46 -$g#I  
n_2:2.08 ?gXp*>Kg[  
b#o|6HkW  
86H+h (R/  
asqV~n  
光栅#1——结果 `EQL" =)  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 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。 V28M lP  
l%=;  
  
1xx}~|F?|  
W} ofAkF  
光栅#2——参数 u$`a7Lp,n  
假设光栅为矩形。 Ew$C ;&9  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 EiaW1Cs  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 6wg^FD_Q  
光栅周期:250 nm \}G^\p6?M  
光栅高度:490 nm uEx-]F  
填充因子:0.5 )YI(/*+]  
n_1:1.46 -ze J#B)C  
n_2:2.08 bN=P*hdf  
(QiAisE  
fd9k?,zM  
o,wUc"CE  
光栅#2——结果 q0 \6F^;M  
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。 @KUWxFak  
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。 ^/k*h J{  
   #|``ca54B  
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&>}5jC.I  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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