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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。 Ld?-Ik~fF>  
f#mcW L1}  
w.2[Xx~  
Y>l92=G  
任务说明 )8rN   
TcP (?v  
s,*kWy"jp  
8FmRD  
简要介绍衍射效率与偏振理论 .e,(}_[[<  
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。 U fzA/  
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: 2Kg+SLU[~  
_K#LOSMfj/  
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。 />EH]-|  
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: "iC*Eoz#.  
q|N/vkqPz  
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 n:#gKR-J  
;Wws;.~  
光栅结构参数
1l(_SD;90t  
研究了一种矩形光栅结构。 WN+D}z]  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 i3s,C;7[2  
根据上述参数选择以下光栅参数: Gd]!D~[1  
光栅周期:250 nm "{&?t}rj+  
填充因子:0.5 Z|h&Zd1z  
光栅高度:200 nm 1$]hyC/f  
材料n_1:熔融石英(来自目录) g3`:d)|  
材料n_2:二氧化钛(来自目录)  @o g&l;  
A{3?G -]*  
"0&+ `7  
bc{ {a  
偏振态分析 Y5Ub[o  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 9~En;e  
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。 )l|/lj  
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。 )0Lno|l  
z TM1 e  
VEuT!^0Z  
9MmAoLm  
模拟光栅的偏振态 X;hV+| Bo  
J=*X%^jX9Z  
J'%  
j> ?0Y  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: ];vEj*jCX  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 '4L0=G:A<q  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 **%/Ke[  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 $jL{l8x  
2GHmA_7P  
Passilly等人更深入的光栅案例 x P3v65Q1  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 O=9mLI6  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 !D_Qat  
-j6&W`  
{5$.:Y  
~; emUU  
光栅结构参数 "'@iDq%y  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ep<O?7@j-G  
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。 h{R>L s  
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。 /hojm6MM  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 *gJ:irah  
~ PO)>;  
U|Du9_0  
光栅#1——参数 Q1?0R<jOU  
假设侧壁倾斜为线性。 Oc51|[ Wj  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 nO'lN<L  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 aBH!K   
光栅周期:250 nm g.& n X/  
光栅高度:660 nm {GTOHJ2  
填充因子:0.75(底部) '`/Qr~]  
侧壁角度:±6° %`kO\q_  
n_1:1.46 tML[~AZh  
n_2:2.08 nkv+O$LXP  
'T8(md299  
v*Fr #I0U  
': }  
光栅#1——结果 jO|D# nC  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 [SFX;v!9  
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。 oi@/H\7j  
u@;6r"8q  
  
.d^XM  
aSKLSl't`  
光栅#2——参数 : J3_g<@  
假设光栅为矩形。 9K9{$jN~  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {hS9FdWA;  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 K,!"5WrX*  
光栅周期:250 nm <vMdfw"(  
光栅高度:490 nm O% 1X[  
填充因子:0.5 \c"{V-#o\  
n_1:1.46 mHm"QBa!  
n_2:2.08 qmWK8}F.cE  
69z,_p$@:  
XM9}ax  
s/;iZiWK  
光栅#2——结果 rF/k$_bFt  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度,特别是图表的趋势。 :sf(=Y.qA  
与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 @w8MOT$  
   S? -6hGA j  
b5-WK;  
2|LgUA?<  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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