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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。 [Du@go1C  
tP; &$y.8  
Bz}Dgbb  
YnnpgR.  
任务说明 aE}1~`  
p- 5)J&  
49f- u  
#_yQv?J  
简要介绍衍射效率与偏振理论 ;t!n%SnK9!  
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。 i`o}*`//  
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: lB!`,>"c  
#PnuR2s7.  
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。 ;t47cUm6j  
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: 3/I Q]8g"  
H+ra w/"  
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 $>E\3npV  
qGMM3a)Q  
光栅结构参数
ps0wN%tA  
研究了一种矩形光栅结构。 Ore$yI}!m  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 'Z2:u!E  
根据上述参数选择以下光栅参数: E_&Hje|J_[  
光栅周期:250 nm Tks;,C  
填充因子:0.5 3nuf3)  
光栅高度:200 nm '$Jt}O  
材料n_1:熔融石英(来自目录) $,08y   
材料n_2:二氧化钛(来自目录) 8xhXS1  
/=Ug}%.  
bb;fV  
1wUZ0r1'  
偏振态分析 475yX-A  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 &QE^i%6>\  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ^vm[`M  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 c 5P52_@  
4,9AoK)yp  
1=#r$H  
322W"qduTZ  
模拟光栅的偏振态 yb/< 7  
kN9S;o@)  
YN] w_=  
h7Jo _L7  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: ^ vI|  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 Y^LFJB|b4  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 6bnAVTL5  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 $o\p["DP  
F$r8 hj`  
Passilly等人更深入的光栅案例 2a.NWJS  
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。 Js+d4``W  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 w|WZEu:0|  
{+c/$4 <  
+WPi}  
=D5@PHpv(  
光栅结构参数 qU8UKIP  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 >0 !J]gK  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 P@9>4}r$  
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。 &_4A6  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 }=A6Jv(j  
>|0yH9af  
#BS]wj2#  
光栅#1——参数 VK`_ Qc#B  
假设侧壁倾斜为线性。 uW>AH@Pij  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 _zh}%#6L  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 =@pm-rI|-  
光栅周期:250 nm NJqALm!(  
光栅高度:660 nm mk\U wv  
填充因子:0.75(底部) |+6Z+-.Hg  
侧壁角度:±6° miS+MK"  
n_1:1.46 *(?YgV  
n_2:2.08 $ O}gl Q  
yfTnj:Fz  
b]RCe^E1  
V EY!0PIj  
光栅#1——结果 :#TJ-l:#  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 /<:9NP'^  
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。 gEKJrAA  
WY 2b  
  
gY0*u+LF  
bDUGzezP<  
光栅#2——参数 `m2F.^qrr  
假设光栅为矩形。 JS(KCY9  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 "vLqYc4$  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 w2{k0MW  
光栅周期:250 nm VPN@q<BV  
光栅高度:490 nm czMLvPXRx  
填充因子:0.5 GsDSJz  
n_1:1.46 zN5i}U=|r  
n_2:2.08 !LIWoa[ F.  
YY7:WQS  
EzNmsbtZ(  
d0-}Xl  
光栅#2——结果 Fi5,y;]R  
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。 $Z{ fKr  
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。 sK?[ 1BI  
   S NK+U"Q  
WDzov9ot  
R63"j\0  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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