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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。 y3]7^+k  
dsx'l0q 'i  
|,&5.|E 7  
J5Nz<  
任务说明  i,{'}B  
"t-u=aDl-.  
B}%B4&Ij  
[84f[`!Ui  
简要介绍衍射效率与偏振理论 H WOl79-  
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。 D]H@Sx  
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: *vL2n>HH  
Fo=hL  
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。 1mLd_ ]F'F  
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: Kd?TIeFE  
cK;,=\  
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 RJo"yB$1e6  
^r u1QDT  
光栅结构参数
u*I=.  
研究了一种矩形光栅结构。 eVobs2s  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 rNgFsFQ>.  
根据上述参数选择以下光栅参数: [Ch)6p  
光栅周期:250 nm e;y\v/A  
填充因子:0.5 zHI_U\"8D  
光栅高度:200 nm t8Sblgq  
材料n_1:熔融石英(来自目录) 1ke H1[  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) IA\CBwiLj  
S1iF1X(+?X  
Q-3o k7  
tSr.0'CE  
偏振态分析 }=1#ANM1  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 2;Ij~~  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 Svs!C+:le  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 ?R7>xrp5  
mVg$z  
{bxTODt@  
Sn I-dXNF  
模拟光栅的偏振态 MeXzWLH  
0w0\TWz*   
wUGSM"~ |  
OJ (ho&((  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: jE /pba4R  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 wA+QUN3#n  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 kZ&|.q1zki  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 ^xW u7q  
#kO.'oIl  
Passilly等人更深入的光栅案例 HN/ %(y  
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。 *hhPCYOm  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 9] i$`y  
]SqLF!S(=  
'W!N1W@  
T6gugDQ~.  
光栅结构参数 pzX684  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。  V Ae@P  
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。 DAZzc :1Aj  
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。 RoV^sbWFt  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 4fK(<2i  
\7W4)>At-  
-8j<`(M' 5  
光栅#1——参数 huMNt6P[  
假设侧壁倾斜为线性。 BoJYP  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 < r6e23  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 dKs^Dq  
光栅周期:250 nm <M(Jqb cWa  
光栅高度:660 nm 6`/nA4S4.  
填充因子:0.75(底部) *h+@a  
侧壁角度:±6° _/@VV5Mq  
n_1:1.46 'z'q)vcr  
n_2:2.08 O}4(v#  
<78]OZ] Z  
+Dg%ec  
3~zK :(  
光栅#1——结果 udRum7XW 3  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 9.<dS  
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。 I) mP ?  
?^F*M#%?  
  
``%uq)G=D  
64qm  
光栅#2——参数 s0,\[rM  
假设光栅为矩形。 ")J\} $r  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 1b4aY> Z  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 +-b:XeHSZ  
光栅周期:250 nm 2_^{Vez@I  
光栅高度:490 nm U}H2!et&,)  
填充因子:0.5 [iJU{W  
n_1:1.46 p&B c<+3e  
n_2:2.08 @]*b$6tt  
RR2Q  
2k\i/i/Y  
pEUbP,3M:  
光栅#2——结果 O]ZP- WG  
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。 6`sOhVD  
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。 I y?_2m  
   S@AHI!"h=V  
5O.dRp7d J  
zdDn. vG  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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