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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。 )AoF-&,w  
Z9vJF.clO  
|(6H)S]$  
oNK-^N?-T  
任务说明 -&3mOn& (1  
C#Y_La  
, s .{R  
zb=L[2;  
简要介绍衍射效率与偏振理论 s%p,cz; ,  
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。 DgB]y6~KXl  
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: C0. bjFT|  
_8eN^oc%  
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。 "- XJZ;5  
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: >y7|@'V[v0  
 #:st>V_h  
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 6l|,J`G  
"Nlw&+ c7  
光栅结构参数
Y]-7T-*+t  
研究了一种矩形光栅结构。 i<uWLhgh1$  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 \~bx%VWW4  
根据上述参数选择以下光栅参数: 1e(Q I) ~  
光栅周期:250 nm w +~,Mv\  
填充因子:0.5 sn6:\X<[  
光栅高度:200 nm ^KO=8m( )J  
材料n_1:熔融石英(来自目录) C. rLog#  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) 8R;A5o,  
O!=ae|  
&Y/Myh[P  
~|t 7  
偏振态分析 NL76 jF  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 nm.~~h+8M  
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。 r"uOf;m  
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。 d9>k5!  
:2_8.+:  
13v#  
B[Gl}(E  
模拟光栅的偏振态 ;[}<xw3):  
eO?.8OM-a  
5^W},:3R  
0>KW94  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: "`'' eV3  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 n fU\l<  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 0-!K@#$>=  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 M*x1{g C/  
]IZn#gnM  
Passilly等人更深入的光栅案例 d l<7jM?  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 }VUrn2@-4  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 `*`@ro  
Aa#WhF  
W@( EEMhw  
0M^v%2 2  
光栅结构参数 yS)73s/MrY  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ?k7z 5ow  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 Hi{1C"%  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 ;jEDGKLq  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 6AW{qU6  
7@@,4_q E  
j$TTLFK1  
光栅#1——参数 t"]+}]O  
假设侧壁倾斜为线性。 >hcze<^S  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 NWt`X!  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 nn0`A3  
光栅周期:250 nm 5[py{Gq  
光栅高度:660 nm Q{~WWv  
填充因子:0.75(底部) e{<r<]/j  
侧壁角度:±6° E>}(r%B  
n_1:1.46 !Xzne_V<  
n_2:2.08 ?^< E#2a  
x=%p~$C  
rrSsQq  
rh6gB]X]3:  
光栅#1——结果 BcfW94  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 &H`AS6  
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。 Wt%+q{  
yi*2^??` 1  
  
?C[W~m P  
 )Uk!;b  
光栅#2——参数 (zO)J`z>  
假设光栅为矩形。 hPP,D\#  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 U>,E]'  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 :U}.  
光栅周期:250 nm %)|pUa&  
光栅高度:490 nm c8^M::NI  
填充因子:0.5 VJeoO)<j  
n_1:1.46 oVK3=m@ {  
n_2:2.08 R.FC3<TTv  
8{t^< j$n  
sr=~U q{g  
l. 9 i `  
光栅#2——结果 yFYFFv\?  
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。 -Dx_:k|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。 m=hlim;P,  
   R8*z}xy{  
j0XS12eM  
8K]5fkC|  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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