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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。 ef. lM]cO  
g764wl  
z84W{! P  
"TV.$s$.  
任务说明 ^GAdl}  
=ddx/zN  
<s2l*mc  
(gf\VYM-7  
简要介绍衍射效率与偏振理论 TZP{=v<  
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。 @uE=)mP@  
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: IMR|a*=`c  
X or ,}. w  
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。 `MwQ6%lf  
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: T7T!v  
FKx9$B  
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 2at?9{b  
LAKZAi%O0  
光栅结构参数
e>>G4g  
研究了一种矩形光栅结构。 otIJ[Mvyq  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 Y1'.m5E  
根据上述参数选择以下光栅参数: StDmJ]  
光栅周期:250 nm 2%qn !+.  
填充因子:0.5 W@C56fCa  
光栅高度:200 nm C~;0A!@]Y  
材料n_1:熔融石英(来自目录) oU@ljSD  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) uy9B8&Sr  
KVcZ@0[S  
nMa^Eq#  
m c+wRx  
偏振态分析 g"&bX4uD)  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 #rpqt{m l  
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。 Wi5|9  
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。 } E#+7a  
9aU:[]w  
0;h1LI)  
A]+h<Y~}  
模拟光栅的偏振态 ]18ygqt  
-h@0 1  
H|)1T-%  
$i@EfujY  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: &o/4hnHYt  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 8$v7|S6 z  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 %7evPiNB  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 ^!<7#kX  
T"H )g  
Passilly等人更深入的光栅案例 .lBY"W&{  
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。 &a=e=nR5  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 {g- DM}q  
4LEE /  
j?f <hQ  
[/Z'OV"tU  
光栅结构参数 !ix<|F5  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 i+[3o@  
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。 dn\F!  
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。  ;Z q~w  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 mrC+J*  
klJ[ {p  
PS(j)I3  
光栅#1——参数 +w.Kv ;  
假设侧壁倾斜为线性。 b!X"2'  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 HQ3`:l  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 j 3MciQ`  
光栅周期:250 nm bjBeiKH  
光栅高度:660 nm kLVn(dC "  
填充因子:0.75(底部) 3EVC8ue  
侧壁角度:±6°  A<Z 5  
n_1:1.46 X^D9)kel  
n_2:2.08 %i-lx`U  
`f+8WPJPZ  
[-t> G!)  
~BvY8\@B  
光栅#1——结果 >I& jurU#  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 q Iy^N:C2'  
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。 'K3 s4x($  
I\upnEKKzZ  
  
|R;l5ZKvV  
,![Du::1  
光栅#2——参数 ,=Nw(GI  
假设光栅为矩形。 9*|3E"Vr  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -#wVtXaSc  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 AM[jL'r|  
光栅周期:250 nm zNny\Z  
光栅高度:490 nm "Ug/ ',jkV  
填充因子:0.5 VS9]p o>=  
n_1:1.46 x$n~f:1Y  
n_2:2.08 (~Uel1~@  
!(*a+ur&i  
`(,*IK a  
?7uK P}1|  
光栅#2——结果 Hs%QEvZl  
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。 @?Gw|bP  
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。 Q)Iv_N/  
   [vWkAJ'K  
ojx'g8yO  
5e)6ua,  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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