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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。 8?nn4]P  
mKe6rEUs|  
.:j{d}p}  
gtuSJ+up  
任务说明 3%)cUkD  
QlGK+I>y;  
bPFGQlmIO  
m=6?%' H}  
简要介绍衍射效率与偏振理论 $ Lstq_x+  
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。 uBww  
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: jv~#'=T'  
:5~Dca_iU4  
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。 aE07#  
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: ">Qxb.Y}  
nN{DO:_o  
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 $=plAi  
LOkgeJuWv  
光栅结构参数
.@&FJYkLYi  
研究了一种矩形光栅结构。 %_E5B6xi{  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 mHMsK}=~  
根据上述参数选择以下光栅参数: uN<=v&]q  
光栅周期:250 nm  GhfhR^P  
填充因子:0.5 VzSkqWF/"  
光栅高度:200 nm D/=05E%[81  
材料n_1:熔融石英(来自目录) -I5]#%eX^  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) js"Yh  
cY!Y?O  
WDY\Fj   
z!6_u@^-  
偏振态分析 N#M>2b<A/T  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 ia\Gmh  
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。 ODu/B'*  
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。 =~O3j:<6  
Q+Nnj(AQY  
bq7+l4CGTv  
eFs5 l  
模拟光栅的偏振态 ;*qXjv& K  
uO1^Q;F  
^iEf"r  
S<]k0bC  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: yam'LF  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 -!+i ^r  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 ,zZH>P  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 Z6gwAvf<  
LF.i0^#J  
Passilly等人更深入的光栅案例 \_.'/<aQ  
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)2l9  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ?T73BL=  
[5xm>Y&}  
S3x^#83  
3SWDPy  
光栅结构参数 1N _"Mm{  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ^'Lp<YJs6  
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。 27gHgz}}  
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。 51s\)d%l  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 qX5]\nX&G  
%+/v")8+?  
IJ.H/l}h  
光栅#1——参数 oa+'.b~  
假设侧壁倾斜为线性。 CPa+?__B  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 KUX6n(u  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 3 a(SmM:  
光栅周期:250 nm B_Wig2xH0  
光栅高度:660 nm G{.=27  
填充因子:0.75(底部) f4<~_ZGr  
侧壁角度:±6° LL:N/1ysG  
n_1:1.46 2FL_!;p;2E  
n_2:2.08 br0\O  
:F5(]g 7  
ce4rhtkV  
uF%N`e^S  
光栅#1——结果 aU +uPP  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 hTAc}'^$  
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。 ;N!n06S3  
hDJ+Rk@  
  
hQ%X0X,  
sk5=$My  
光栅#2——参数 0*^f EoV  
假设光栅为矩形。 BB,-HhYT0  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 l+(B~v  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 6UN{Vjr%`  
光栅周期:250 nm T8LvdzS  
光栅高度:490 nm /;TD n>lq  
填充因子:0.5 $m.'d*e5  
n_1:1.46 j}h%, 7  
n_2:2.08 9 [E/^  
,iiI5FR  
|[V6R\l39  
4`CO>Q  
光栅#2——结果 2Sy:wt  
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。 GYT0zMMf  
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。 Nde1`W]:  
   kyB>]2  
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qqYQ/4Ajw  
zanmous 2022-07-20 10:03
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