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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。 fusPMf *[  
A ,<@m2  
-!R l(if  
4iBxPo(0  
任务说明 A{`]& K1u  
v5 Y)al@  
_rjBc ;a  
x# 8IZ  
简要介绍衍射效率与偏振理论 `d`&R.'  
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*pLq5s  
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: Oz>io\P94  
JQT4N[rEE  
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。 >hb- 5xC  
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: pqfT\Kb>  
b]#~39Iph  
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 [V5-%w^  
^[TOZXL`:  
光栅结构参数
z7q%,yw3N  
研究了一种矩形光栅结构。 :?#cDyW)  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 i'HST|!j  
根据上述参数选择以下光栅参数: jt%WPkY:  
光栅周期:250 nm p JX, n  
填充因子:0.5 t>oM%/H  
光栅高度:200 nm 5f3!NeI  
材料n_1:熔融石英(来自目录) }AAbhr9d}  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) qKs7WBRJy  
v>k b^38  
(WMLNv  
_z%\'(l+  
偏振态分析 4 Q&mC"  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 +V89J!7  
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~_q^fXJt  
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。 u]#8 $M2  
B>aEH b  
i ~P91  
R\ e#$"a5  
模拟光栅的偏振态 -;S3|  
ASM1Y]'Z  
_<Vg[ -:1  
QvNi8TB  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: gyg|Tno  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 )#mW7m9M#  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 N$ *>suQ,  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 T/ Ez*iQW  
v6(,Ax&  
Passilly等人更深入的光栅案例 7t+]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。 s9kTuhoK  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 *fOIq88  
;<~j)8  
{cX7<7N  
p+5#dbyr  
光栅结构参数 yT2vO_rH  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 GMyoSe%1/  
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。 7TR' zW2W  
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。 L1:}bH\y  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 1=- X<M75  
LsUFz_  
C`z;,!58%  
光栅#1——参数 W>VAbm  
假设侧壁倾斜为线性。 <vO8_2,V-  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 P'gT6*an,"  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 b^;N>zx  
光栅周期:250 nm s2 wwmtUCN  
光栅高度:660 nm #SK#k<&P  
填充因子:0.75(底部) Ds;Rb6WcnY  
侧壁角度:±6° dcM+ylB  
n_1:1.46 ByC1I.B`  
n_2:2.08 hE9'F(87a  
^glbxbhI4  
Qdh"X^^  
 |UABar b  
光栅#1——结果 rZb_1E<  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 R,fMZHAG  
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。 0 [*nAo  
5I wX\  
  
F9ZOSL 8Q  
#a/n5c&6/  
光栅#2——参数 zS,%msT^A  
假设光栅为矩形。 'JJ1#kKa  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 %kaTQ"PB  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 MM/BJ  
光栅周期:250 nm M ^ 0w/  
光栅高度:490 nm g%Th_=qy  
填充因子:0.5 mNGb} lR  
n_1:1.46 l;.[W|  
n_2:2.08 la!1[VeL  
uQXs>JuD  
,dGFX]P  
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光栅#2——结果 DtI%-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。 ?tW%"S^D  
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。 rHA/  
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zanmous 2022-07-20 10:03
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