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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。 3!E*h0$}  
~D# -i >Z  
fA"N5qQI(  
$yxwB/O(  
任务说明 cmG*"  
ipzv]c&  
nE.w  
pG"pvfEl9f  
简要介绍衍射效率与偏振理论 2I'gT$h  
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。 #dy z  
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: eS(hLXE!7  
>YG1sMV-J  
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。 .\Gl)W  
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: 6ub-NtVu  
@yc/1u $r  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 "&h{+DHS  
5cahbx1"  
光栅结构参数
P5$d#Y(=  
研究了一种矩形光栅结构。 2J?ON|2M  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 ~N "rr.w  
根据上述参数选择以下光栅参数: a)L\+$@*  
光栅周期:250 nm TCShS}q;%  
填充因子:0.5 HURr k~[  
光栅高度:200 nm >]b>gc?3  
材料n_1:熔融石英(来自目录) VpmwN`  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) ,Dh+-}  
0,a/t jSr  
kyV!ATL1F  
?\ Fo|__  
偏振态分析 NsbC0xLd  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 nV`n=x  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 _8zZ.~)  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 w3,DsEXu  
[=3f:>ssm  
+]?/c>M  
sA^_I6>M"  
模拟光栅的偏振态 GFA D  
cf\PG&S  
vP k\b 3E  
<HYK9{Q  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Oe#*-  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 >.sdLA Si  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 jVW .=FK  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 0EWov~Y?  
/NE<?t N  
Passilly等人更深入的光栅案例 ?HD eiJ kX  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 TNi4H:\  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 A=N &(k  
XSfl'Fll D  
;i;2cq  
[u?*' c{  
光栅结构参数 /-C`*P=:u  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 i sK_t*  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 /R/\>'{E&c  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 ;JpsRf!  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 p?@R0]  
x6n(BMr  
nky%Eb[\  
光栅#1——参数 XIep3l*  
假设侧壁倾斜为线性。 6 b/UFO  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 j<*  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 ?$chO|QY  
光栅周期:250 nm M53{e;.kN  
光栅高度:660 nm N~=,RPjq  
填充因子:0.75(底部) N<d0C  
侧壁角度:±6° N}|<P[LW  
n_1:1.46 rofGD9f   
n_2:2.08 6H ]rO3[8  
 }q$6^y  
7O.?I# 76  
bU3P; a(  
光栅#1——结果 d:<</ah  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 ^i"~6QYE  
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。 W5)R{w0`GD  
5%6{ ePh{  
  
pYRqV  
13JZ\`ceb  
光栅#2——参数 `F(ghC  
假设光栅为矩形。 c4Leh"ry  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 9Z[EzKd<~'  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 %&Fsk]T%:  
光栅周期:250 nm hx.ln6=4  
光栅高度:490 nm ^ ,cwm:B@  
填充因子:0.5 H^d2|E[D  
n_1:1.46 #9/^)^k  
n_2:2.08 Z[Z3x6 6  
^ UDNp.6k  
 %"jp':  
15l{gbCW  
光栅#2——结果 mVs<XnA47  
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。 :>q*#vlb  
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。 F ]x2;N  
   f, iHM  
~+)sL1lx  
yKhN1kY  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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