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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。 #ucb  
,UVu.RjXN  
aqK+ u.H  
h0dZr-c  
任务说明 !'[?cEog  
 tKh  
A1Uy|Dl  
|w#~v%w  
简要介绍衍射效率与偏振理论 CSW+UaE  
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。 cvT@`1  
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: Svo\+S  
A*/8j\{n  
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。 b3 =Z~iLv  
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: ,g0t&jITo  
-nHkO&&R  
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 /uR/,R++  
YXqYIG.G  
光栅结构参数
PP!-*~F0Jr  
研究了一种矩形光栅结构。 :qB|~"9O  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 zAklS 7L  
根据上述参数选择以下光栅参数: PXtF#,roP  
光栅周期:250 nm UA~ 4O Q]  
填充因子:0.5 |`o1B;lc  
光栅高度:200 nm @K*W3&TO  
材料n_1:熔融石英(来自目录) -z-yk~F  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) 6:; >id${  
KDGrX[L:6  
?ILjt?X8  
3pW4Ul@e  
偏振态分析 1(>2tEjYT  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 +Q);t,  
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。 kF,ME5%  
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。 H7Z`aQC  
ibwV #6  
u=]*,,5<  
q I~*G3  
模拟光栅的偏振态 B B69U  
L%\Wt1\[  
_&s pMf  
:WQlpLn  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: J#i7'9g  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 6P>}7R}  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 &)||~  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 QT%vrXzz  
6H  U*,  
Passilly等人更深入的光栅案例 \~Z%}$ =  
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。 -oUNK}>  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 mDbTOtD  
OyK#Rm2A=  
aL90:,V  
j} ^3v #  
光栅结构参数 aTeW#:m  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 !'BXc%`x[  
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。 f$-n %7  
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。 NR k~  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 F |5Au>t  
Nz`v+sp  
pO:]3qv  
光栅#1——参数 cRbA+0m>  
假设侧壁倾斜为线性。 g:y4C6b  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 =GF=_Ac  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 :@-yK8q's  
光栅周期:250 nm aD'Ax\-  
光栅高度:660 nm i+~BVb  
填充因子:0.75(底部) Y0EX{oxt1  
侧壁角度:±6° !|u?z%  
n_1:1.46 ##xvuLy-6  
n_2:2.08 <Y1 Plc  
SvvNk  
!yrh50tD  
0wV9Trp  
光栅#1——结果 <)(W7#Ks  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 &<uLr *+*  
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。 g<0K i^#  
l,l6j";ohd  
  
to&,d`k=-  
!-3;Qj}V  
光栅#2——参数 6G"UXNa,  
假设光栅为矩形。 $HQ4o\~  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 JJbd h \  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 wi jO2F  
光栅周期:250 nm G bclu.4  
光栅高度:490 nm ;l @lA)i  
填充因子:0.5 YCxwIzIR  
n_1:1.46 Q{950$ )L  
n_2:2.08 p!uB8F  
aHpZhR| f$  
C5TV}Bq\  
Y.Z:H!P);$  
光栅#2——结果 \'Et)uD*  
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。 U1) Zh-aR  
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。 7f ub^'_  
   W9tZX5V1  
z5M6  
V8B4e4F  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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