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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。 #5z0~Mg-X  
VwPoQ9pIS  
kmc"`Ogotw  
Y<irNp9   
任务说明  QSY>8P  
-n"wXOx3  
1Kk6n UIN  
dgoAaS2M  
简要介绍衍射效率与偏振理论 .'<K$:8@|  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 *URT-+'  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: Z/ jmi  
=f{v:n6  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 L6{gwoZf3  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: vJ^~J2#5  
}P.Z}n;Uj  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 v x/YWZ  
_avf%OS  
光栅结构参数
xn503,5G*7  
研究了一种矩形光栅结构。 ~nfOV*  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 ~h;   
根据上述参数选择以下光栅参数: b(;u2 8  
光栅周期:250 nm >WD HRC  
填充因子:0.5 2(@2 z[eKr  
光栅高度:200 nm uMZ~[S z  
材料n_1:熔融石英(来自目录) n>j2$m1[  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) # 5)/B  
VYkh@j  
kF~(B]W(  
8TeOh 1\  
偏振态分析 . c+m(Pk  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 |zpy!X3  
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。 *kFd#b+xB  
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。 2WFZ6  
'A7!@hVy  
^?+[yvq  
lsOv#X-b E  
模拟光栅的偏振态 /ta}12Z  
'%[ Y  
l X+~;94  
2RX]~}  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: (!5Ta7X  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 3U{ mC}F  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 ^ WO3,  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 e>Z&0lV:  
D`a6D  
Passilly等人更深入的光栅案例 N knS:r&2  
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。 (is',4^b  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 -|#{V.G3'  
CE`]X;#y  
:&vX0 Ce:  
U`qC.s(L  
光栅结构参数 g&xj(SMj-$  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 KQNQ<OE 4  
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。 S9Yzvq!(  
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。 Qq`S=:}~x  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 <}{<FXk[  
iv~R4;;)  
u_^mN9h  
光栅#1——参数 06&;GW!-  
假设侧壁倾斜为线性。 `e,}7zGR  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 p"hO6b%V  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 s8,YQ5-  
光栅周期:250 nm &5-1Cd E  
光栅高度:660 nm 73X*|g  
填充因子:0.75(底部) ZFtR#r(~41  
侧壁角度:±6° &pzL}/u  
n_1:1.46 SEI0G_wk$  
n_2:2.08 >`03EsU  
*}89.kCBF  
V| Fo@  
(@} ^ 3jpT  
光栅#1——结果 l!:bNMd  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 h/tCve3Z  
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。 _5 SvZ;4  
&$|~",  
  
\L(jNN0_R  
neu+h6#H  
光栅#2——参数 HjK8y@j  
假设光栅为矩形。  d\ #yWY  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 >!1] G"U  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 'df@4}9  
光栅周期:250 nm CCG 5:xS  
光栅高度:490 nm M%_*vD  
填充因子:0.5 0 8L;u7u  
n_1:1.46 "}_ J"%  
n_2:2.08 5 b rM..  
liYsUmjZ=  
=iW hK~S  
PV,Z@qm@^  
光栅#2——结果 o+hp#e  
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。 /b # w.>e  
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。 <y?+xZM]#|  
   \{<ml n  
?jMM@O`Nu  
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zanmous 2022-07-20 10:03
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