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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。 Wq=ZU\Y  
HPu/. oE  
CVyx lc>  
bIvJs9L  
任务说明 ~`nm<   
.Um?5wG~i  
}1X11+/W  
s$SU vo1J  
简要介绍衍射效率与偏振理论 'xLM>6[wz  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 i?1js! 8  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: > {'5>6u  
X+?Il)Bv  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 D:ql^{~  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: 1B9Fb.i  
;PP_3`  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 pXpLL_  
Cg]3(3   
光栅结构参数
CPF>^Mp#  
研究了一种矩形光栅结构。 (R;) 9I\  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 <wd4^Vr!2  
根据上述参数选择以下光栅参数: PsF- 9&_  
光栅周期:250 nm Ti9:'I  
填充因子:0.5 C{d 8~6  
光栅高度:200 nm Zh@4_Z9n!  
材料n_1:熔融石英(来自目录) %~~z96(  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) v;N1'  
O&rD4#  
kb>Vw<NtE  
% +t  
偏振态分析 36x5q 1  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 0,"n-5Im  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 p ?Ij-uo"o  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 G>_42Rp  
9" }^SI8  
yPzULO4  
I;Z`!u:+  
模拟光栅的偏振态 [+:mt</HN  
8zWBXV  
OxmlzQ"vM  
%(dV|,|v  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: ( TbB?X}  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 Hd=D#u=A4{  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 3u"J4%zg|L  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 fRv S@  
NejsI un%  
Passilly等人更深入的光栅案例 V!kQuQJ>  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 YfrTvKX  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 1S)0 23N  
y ? {PoNI  
w7`@=kVx  
=JySY@?9  
光栅结构参数 V5hlG =V  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 RB$ 8^#  
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。 tx|"v|&e2  
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。 =xlYQ}-(a  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 9rf|r 3  
oRvm*"8B  
dZ]\1""#H  
光栅#1——参数 33v%e  
假设侧壁倾斜为线性。 q=E}#[EgY  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 gn e #v  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 v&CO#vK5.  
光栅周期:250 nm p Yi=q  
光栅高度:660 nm w'!}(Z5X?  
填充因子:0.75(底部) 0t:|l@zB  
侧壁角度:±6° gS(: c .  
n_1:1.46 d)17r\*>I  
n_2:2.08 )*$  
(J,Oh  
Z+"E*  
g:HbmXOBpj  
光栅#1——结果 x"C93ft[  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 %.atWX`b  
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。 A0N ;VYv  
^) b7m  
  
Jk6/i;4|  
>`,#%MH#  
光栅#2——参数 pS|JDMo  
假设光栅为矩形。 I;":O"ij\  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 \Dsl7 s=  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 (m =u;L"o  
光栅周期:250 nm <4A(Z$ZX)  
光栅高度:490 nm `v/tf|v 6  
填充因子:0.5 EBn:[2  
n_1:1.46 .*wjkirF#~  
n_2:2.08 GF.g'wYc)Y  
{*=5qV}  
)>A%FL9  
px(1Ppb9  
光栅#2——结果 bM3'm$34  
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。 0,D9\ Ebd  
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。 B& f~.UH  
   EpoQV^ Ey  
gu .))3D9  
nrD=[kc!w  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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