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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。 <}Vrl`?h  
A2FYBM`Q&D  
Wi<m{.%\E  
]q[D>6_  
任务说明 aK~8B_5k8  
uZYF(Yu  
2;b\9R^>A  
pF>i-i  
简要介绍衍射效率与偏振理论 I{&[[7H  
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。 QL/(72K  
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: bWS&Yk(  
U>SShpmZA  
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。 T<>,lQs(a  
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: M0"_^?  
zI uJ-8T"  
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 "{xrL4BtC  
RBd7YWo\|j  
光栅结构参数
n&/ `  
研究了一种矩形光栅结构。 VGN5<?PrN  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。  > |=ts  
根据上述参数选择以下光栅参数: 5;WH:XM  
光栅周期:250 nm 3\,4 ]l|  
填充因子:0.5 hZ,_ 6mNg  
光栅高度:200 nm SulY1,  
材料n_1:熔融石英(来自目录) 6|=f$a  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) Rv>-4@fMJ  
Y|qTyE%  
Rp7mh]kZ  
C): 1?@  
偏振态分析 ]/6z; ~3U  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 j;r-NCBnz  
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_&Ouh:  
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。 U/M>?G~  
r;2^#6/Z  
(WJRi:NP?  
3}1u\(Mf  
模拟光栅的偏振态 djZqc5t  
.{^5X)  
T::85  
WU` rh^  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: HiFUv>,u  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 H?Wya.7  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 3?yg\  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 C) s5D  
]W!0$'o  
Passilly等人更深入的光栅案例 -2[a2^a'  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 B$K=\6o  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Or+U@vAnk  
00y!K m_D  
,0sm  
5qm`J,~k  
光栅结构参数 <lPG=Xt  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 C!!M%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。 J8(lIk:e  
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。 '<<t]kK[N  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 {P./==^0  
)&O %*@F  
3$R1ipb  
光栅#1——参数 ,4$>,@WW~  
假设侧壁倾斜为线性。 AT3Mlz~7#  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 59A}}.@?m  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 cT,sh~-x,  
光栅周期:250 nm p2](_}PK  
光栅高度:660 nm Il 'fL'3  
填充因子:0.75(底部) ~ 7s!VR  
侧壁角度:±6° SnfYT)Ph  
n_1:1.46 Sm|6 %3  
n_2:2.08 2ilQXy  
Gef TdO.&  
r19 pZAc  
M2Qr(K|  
光栅#1——结果 ,"ZMRq  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 TJRCH>E[a  
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。 EQM {  
cwg"c4V  
  
%u'u kcL7  
,O(hMI85]  
光栅#2——参数 wHy!CP%  
假设光栅为矩形。 p5iuYHKk?  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 5]0 <9a  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 C'x&Py/#  
光栅周期:250 nm ga+dt  
光栅高度:490 nm VPo".BvG6  
填充因子:0.5 C6PdDRf  
n_1:1.46 N6:`/f+A>T  
n_2:2.08 (<9u-HF#  
fHFE){  
mzgfFNm^G)  
?@86P|19  
光栅#2——结果 7[)E>XRE  
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。 e^voW"?%  
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。 {IjR^J=k  
   n[rCQdM&U"  
WyiQoN'q  
9.#<b |g  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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