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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。 ]gN]Cw\L  
5^Gv!XW  
Hpo/CY/  
z*Y4t?+  
任务说明 }uI(D&?+h  
pNOVyyo>BW  
#n=b*.  
J`6X6YZ  
简要介绍衍射效率与偏振理论 +]n.uA-`[a  
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。 o8 A]vaa  
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: -1tdyCez  
89I[Dg;"u  
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。 Rp~#zt9:  
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: _n.2'  
G;:D6\  
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}1D1.@  
{x{/{{wzv  
光栅结构参数
Z[.+Wd\)-9  
研究了一种矩形光栅结构。 S.;>:Dd[K  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 KFCL|9P  
根据上述参数选择以下光栅参数: _Qy3A T~  
光栅周期:250 nm HaP0;9q  
填充因子:0.5 fV-vy]x..  
光栅高度:200 nm DRldRm/  
材料n_1:熔融石英(来自目录) RB5fn+FiZ  
材料n_2:二氧化钛(来自目录)  N-x~\B!  
`={s*^Ta  
?[4!2T,Ca  
Cdjh/+!f  
偏振态分析 > ,L'A;c}  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 :Zy7h7P,lT  
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。 Wsn}Y-x  
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。 s*R \!L  
j@0/\:1(U  
]w _,0q  
UOn L^Z}  
模拟光栅的偏振态 dzY B0vut@  
By=/DVm)=  
LEM{$Fxo&  
gf!hO$sQ3  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: <B]\&  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 Z+!3m.q  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 BX[92~Bq  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 Rn O%8Hk  
0dKI+zgr  
Passilly等人更深入的光栅案例 d*26;5~\  
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。 m`<Mzk.u<  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 )!1; =   
eSZS`(#!(  
Jji~MiMn  
$or?7 w>  
光栅结构参数 ^7`"wj14  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 %Z-^Bu8;y  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 w=I' CMRt  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 ~L!*p0dS^  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 lAsDdxB`  
^/ K\a ,  
.BsZ.!MPL(  
光栅#1——参数 I xT[1$e  
假设侧壁倾斜为线性。 QDlEby m  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 !g /&ws&  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 !1f8~"Z  
光栅周期:250 nm iw6qNV:\Z  
光栅高度:660 nm T>(nc"(  
填充因子:0.75(底部) 2 Mc/ah  
侧壁角度:±6° zdCeOZ 6  
n_1:1.46 ! /Z{uy  
n_2:2.08 u49zc9  
Wvl>iHB  
!j8h$+:K  
yp=Hxf  
光栅#1——结果 ^5TSo&qZ  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 ~je#gVoUR  
与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 qu[ ~#  
aH)$#6${Ap  
  
eR r.j  
!|`G<WD  
光栅#2——参数 *D ld?Q  
假设光栅为矩形。 "}UJ~ j).  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ODK$G [-  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 @ NGK2J  
光栅周期:250 nm uhL+bj+W  
光栅高度:490 nm yc5C`r+6  
填充因子:0.5 .lfKS!m2  
n_1:1.46 ; >3q@9\D  
n_2:2.08 Ev;HV}G  
gB@Xi*  
X l#P@60  
m xtLcG4G  
光栅#2——结果 Zrp`91&I  
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。 [-!   
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[7jm"Pz  
   ghm5g/  
|ofegO}W7  
+MPM^m  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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