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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'Y=}I)8Dn  
`Yw:<w\4C  
w3Z;&sFd  
1`v$R0 `!  
任务说明 vD3j(d  
~LSD\+  
Gf\u%S!%  
P^J#;{R  
简要介绍衍射效率与偏振理论 ' i<}/l  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 t;L7H E@Y  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: -I*NS6  
Z[G:  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 r0j+P%  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: IZ 3e:  
M TOZ:b  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 ~?<VT k  
=5u;\b>*  
光栅结构参数
S?e*<s9k  
研究了一种矩形光栅结构。 >@uFye$  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 %IH ra6  
根据上述参数选择以下光栅参数: m(p0)X),_i  
光栅周期:250 nm /\ u1q<  
填充因子:0.5 ^;mnP=`l[  
光栅高度:200 nm H&h"!+t(#  
材料n_1:熔融石英(来自目录) +hUz/G+3  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) ]o2 Z 14  
-$tf`   
^zVW 3 Y q  
n2;Vrs,<1&  
偏振态分析 Wk-jaz  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 t:yJ~En]=  
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。 c'&\[b(m  
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。 K} TSwY  
{<L|Z=&k`  
Hwiftx  
thrv_^A  
模拟光栅的偏振态  PpWdZ  
Lu9`(+  
{D7v[P+  
53O}`xX!6  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: B f"L;L  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 f/3rcYR;y  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 >@?`n}r|  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 t)^18 z  
eg(1kDMpn  
Passilly等人更深入的光栅案例 /{ FSG!  
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。 gN5;Uk  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 B> V)6\   
rkWiGiisM  
5[|ZceY  
7 jiy9 [  
光栅结构参数 734<X6^1  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 hd~0qK  
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。 4'GosQ85  
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。 I/Q~rVt  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 `<IaQY  
[VY265)g  
 RR[1mM  
光栅#1——参数 ~R  C\  
假设侧壁倾斜为线性。 EKf!j3  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 _l{_n2D-  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 O2N~&<^  
光栅周期:250 nm ~__rI-/_  
光栅高度:660 nm Gc2:^FVlh  
填充因子:0.75(底部) N.dcQQ_iS  
侧壁角度:±6° (=t41-l  
n_1:1.46 =} flmUv~  
n_2:2.08 KkyZd9  
%hN7K  
DQ9}( '^  
?d`j}  
光栅#1——结果 xyyEaB  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 &*9 ' 0  
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。 Uj twOv|pF  
o>e-M  
  
J>Bc-%.Q  
d~z%kl 5:  
光栅#2——参数 |)+45e  
假设光栅为矩形。 bEli!N$  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 @H61^K<  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 CM4#Nn=i~  
光栅周期:250 nm rHJtNN8$k  
光栅高度:490 nm I T gzD"d  
填充因子:0.5 6@-O#,]J  
n_1:1.46 b0uWUI(=  
n_2:2.08 WuMr";2*E  
xaNM?]%  
W ![*0pL  
37 d-!  
光栅#2——结果 Nc:0opPM  
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。 qv)%)n  
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。 3.w &e0Es  
   U)C>^ !Us  
".sRi  
O]80";Uv  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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