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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。 D%OQ e#!  
S >X:ZYYC  
aW)-?(6>  
IEsEdw]aZE  
任务说明 p.v0D:@&  
}Qn&^[[miL  
' g=  
%et } A93  
简要介绍衍射效率与偏振理论 dJeNbVd  
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。 c[wla<dO*  
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: !;Yg/'vD-  
N kb|Fd/s  
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。 \E72L5nJW  
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: P;=n9hgHI  
;c-(ObSm  
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 /Y W>*?"N  
=9O^p@Q#W  
光栅结构参数
oTU!R ,  
研究了一种矩形光栅结构。 )t0$qd ]  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 *4Thd:7 `  
根据上述参数选择以下光栅参数: ,Ys %:>?  
光栅周期:250 nm +%T\`6  
填充因子:0.5 NO "xL,  
光栅高度:200 nm [YF>:ydk  
材料n_1:熔融石英(来自目录) @5=oeOg36  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) p Dx1z|@z  
Pk{_(ybaY  
a oD`=I*<  
[')m|u~FS4  
偏振态分析 `5cKA;j>b  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 !"HO]3-o  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 bhTb[r  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 R&8Iz yM  
5{|7$VqPF  
0%9 q8 M;  
fxgPhnaC>  
模拟光栅的偏振态  8n#HFJ~  
Bn=by{i  
<Swt);  
T6O::o6  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: \\r)Ue]  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 a,@]8r-"  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 \8)U!9,$nn  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 1->dMm}G[  
yzbx .  
Passilly等人更深入的光栅案例 wKtl+}}  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 E ]A#Uy  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 q M fT>rH  
)M,Of Xa  
Yl4^AR&  
4x {0iav  
光栅结构参数 k$R~R-'  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 =e/9&993  
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。 WZ-s--n#  
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。 04LI]'  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 s1M Erd  
yCd-9zb=  
_(_a*ml  
光栅#1——参数 ;kFDMuuO  
假设侧壁倾斜为线性。 (|[2J3ZET  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 S@jQX  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 RY]#<9>M  
光栅周期:250 nm Jv>gwV{  
光栅高度:660 nm !^^?dRd*v  
填充因子:0.75(底部) o1-m1<ft  
侧壁角度:±6° }\z.)B4,  
n_1:1.46 %}SGl${-  
n_2:2.08 gy,ht3  
_D+}q_  
O!m vJD  
$h2){*5E{  
光栅#1——结果 Ee)T1~;W  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 wg7V-+@i  
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。 X^T:8npxt  
j|4<i9^}  
  
q 0$,*[PH  
G<At_YS  
光栅#2——参数 T_i:}ul  
假设光栅为矩形。 =[H;orMr  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -(~.6WnhS  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 S/}2;\Xm  
光栅周期:250 nm FK:;e lZ  
光栅高度:490 nm ]p _L)  
填充因子:0.5 -9%:ilX~  
n_1:1.46 7F zA*  
n_2:2.08 n)L*  
TlXI|3Ip  
$:cE ^8K  
O ,J>/  
光栅#2——结果 :V1W/c  
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。 {%<OD8>p  
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。 {E p0TVj`  
   u5O+1sZ"6  
I CZ4 A{I  
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zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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