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。 63J3NwFt 'wtb"0 }
tQRbNY#}Z ~5h4 Gy) 任务说明 otfmM]f ah
f,- ?S
;Z`a[\i': SjpCf8Z( 简要介绍衍射效率与偏振理论 pC0gw2n8M 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。 pdER#7Tq 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: A,t g268
1*G&ZI 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。 &WLN 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: Z.!<YfA)
}!k?.(hpE 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 。 XR9kxTuk `?.6}*4@_A 光栅结构参数 qoH:_o8ClO 研究了一种矩形光栅结构。 9M'"q7Kh 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 {D^
)%{ 根据上述参数选择以下光栅参数: GM9[ 0+u; 光栅周期:250 nm 3UW`Jyd`k 填充因子:0.5 >yLDU_P) 光栅高度:200 nm N\&VJc 材料n_1:熔融石英(来自目录) lhJY]tQt/ 材料n_2:二氧化钛(来自目录) xzOvc<u Sz<:WY/(x
%'h:G
Bkd W( sit;O 偏振态分析 H)E,([ 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 $*$4DG1gaR 如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 1 oKY7i$ 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。 X]2Ib'( UMBeY[?
'YGP42# k$m'ebrS.~ 模拟光栅的偏振态 9z{}DBA *0@Z+'M?
E$4H;SN \ -c1-vGW/ 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Yc-5Mr8*, 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 "N_@q2zF 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 a6ryyt 5 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 42hG}Gt S1)g\Lv Passilly等人更深入的光栅案例。 p=eSJ* Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 RrrlfF ms 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 SeS ZMv %
q!i
)BI%cD >7X5/z 光栅结构参数 %La/E# 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 N4-Y0BO 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 jqj}j2
9 由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 >k@{NP2b 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 ^/Yk*Ny
_X<V`,
p S/y(1.wh 光栅#1——参数 WuF\{bUh 假设侧壁倾斜为线性。 g(s}R ? 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 zK1\InP 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 oa7 N6 光栅周期:250 nm Wt!;Y,1s 光栅高度:660 nm A>F&b1 填充因子:0.75(底部) PIFZ '6gn 侧壁角度:±6° H&F2[ j$T n_1:1.46 +kxk z"fP n_2:2.08 SI%J+Y7 #=Xa(<t
:mCGY9d4L wod{C ! 光栅#1——结果 n]5Pfg|a 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 I 6<LKI/ 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。 U:MZN[Cc[ >tL"8@z9
s:,fXg25J =yqg,w&Q 光栅#2——参数 kaR55 假设光栅为矩形。 Cx(HsJ!, 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 E6G;fPd= E 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 yfFe%8w_vw 光栅周期:250 nm F3Vvqt*2 光栅高度:490 nm 6~s{HI! 填充因子:0.5 >B;S;_5=
n_1:1.46 \B/( H)Cd* n_2:2.08 EOqV5$+ ^H<VH
GLV`IkU % CSm(yB{|pC 光栅#2——结果 R5uz< 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。 5/m*Lc+r 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。 T%}x%9VO7 ,<OS:]
GWj !n ^MT20pL
|
|