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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。 :+]6SC0ql  
2c0eh-Gf  
/J{P8=x}_:  
mg'-]>$$]  
任务说明 _PNU*E%s<  
Vize0fsD  
c)@M7UK[  
$6fHY\i#R  
简要介绍衍射效率与偏振理论 aeSy, :  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 aM?7'8/  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: ?H*_:?=6  
E6)FYz7x  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 1%EY!14G+  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: Bu!Gy8\  
Qg9{<0{u  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 q;kM eE*  
4 D\_[(P  
光栅结构参数
lzS"NHs<g(  
研究了一种矩形光栅结构。 0" R|lTYq  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 Mv4JF(,S  
根据上述参数选择以下光栅参数: =N7N=xY  
光栅周期:250 nm LfgR[!  
填充因子:0.5 b;soMilz  
光栅高度:200 nm c$uV8_V  
材料n_1:熔融石英(来自目录) &rw|fF|]  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) ZP%^.wxC  
;'gzR C  
fVf.u'.8  
!EpP-bq'*  
偏振态分析 zT_{M qY  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 }s{zy:1O  
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。 n4Q!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。 /-BplU*"9  
|&RdOjw$u  
7!MW`L/`  
NRoi` IIj  
模拟光栅的偏振态 aK1|b=gVj  
1Ll@ ocE  
^{~y+1lt'  
AFMAgf{bD  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: GueqpEd2  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 Z71"d"  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 i$og v2J  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 d(To)ly.  
Q`19YX  
Passilly等人更深入的光栅案例 cHJ &a`;  
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。 e j!C^  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 2^qY, dL  
7sLs+ |<"  
aNXu"US+Sp  
fep#Kb%"e  
光栅结构参数 evszfCH'J  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 $orhY D3gv  
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。 AeUwih. 4  
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。 37lmB '~  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 2!" N9Adt  
v5<Ext rV  
Wgx lQXi-B  
光栅#1——参数 _/MKU!\l  
假设侧壁倾斜为线性。 H%])>  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 <[a9"G 7  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 \" .3x PkE  
光栅周期:250 nm C=hE@  
光栅高度:660 nm vQIoj31  
填充因子:0.75(底部) Z,u:g c+*  
侧壁角度:±6°  "&C'K  
n_1:1.46 q"]-CGAa  
n_2:2.08 ,VHvQU  
OkFq>;{a  
LClPAbr  
pu`|HaQaE  
光栅#1——结果 /- kMzL  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 6o,, w^  
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。 -M[5K/[  
'-ACNgNn  
  
j4brDlo?@  
=2`s Uw}  
光栅#2——参数 L2K4nTA  
假设光栅为矩形。 [_H9l)  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 K<|eZhp~  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ZC0F:=/K  
光栅周期:250 nm T8qG9)~3  
光栅高度:490 nm JQbI^ef_;  
填充因子:0.5 %A64 Y<K  
n_1:1.46 T]E$H, p  
n_2:2.08 r*,]=M W  
GH:Au  
}b,a*4pN  
Iem* 'r  
光栅#2——结果  NU_VUd2  
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。 %oN^1a'&)  
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。 5Z;Py"%  
   $1UN?(r  
cJH7zumM)  
Z/ThY bk  
zanmous 2022-07-20 10:03
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