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infotek 2024-01-09 08:05

衍射级次偏振态的研究

摘要 'B$qq[l]S  
YW)& IA2  
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景,如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM,也称为RCWA),为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此,复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置,这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中,详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 VtC1TZ3-7  
fk:oCPo  
[attachment=124900] -<WQ>mrB&  
l+i9)Fc<i  
任务说明 /YH5s=  
hKYA5]  
[attachment=124901] NhA_dskvo  
A{b?ZT~2]  
简要介绍衍射效率与偏振理论 3 ~^}R  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 A!j6JY.w  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: .jC-&(R +  
[attachment=124902] 'Ijjk`d&c  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 `l8^n0-  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: N_"mC^Vx  
[attachment=124903] :If1zB)  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为[attachment=124904]。 N!&$fhY)  
RtVG6'Y  
光栅结构参数 i@}/KT  
研究了一种矩形光栅结构。 L z'05j3!  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 7 -hSso.'  
根据上述参数选择以下光栅参数: -hIDL'5u-I  
光栅周期:250 nm bl;C=n  
填充因子:0.5 %}asw/WiUa  
光栅高度:200 nm e8"?Qm7 J  
材料n_1:熔融石英(来自目录) >O:j.(*!  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) Jr4^@]78o<  
vg5 ;F[e  
[attachment=124905] n/fMq,<8  
[LJ1wBMw  
偏振态分析 {]w @s7E  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 OK}+:Y  
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。 `kd P)lI `  
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。 vpGeG  
h)qapC5z,  
[attachment=124906] E%vG#  
^Pk-<b4}  
模拟光栅的偏振态 71?>~PnbH}  
;nbUbRb  
[attachment=124907] *VF UC:  
i|5K4Puu  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: 420cJ{;A  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,[attachment=124908]。这说明衍射光是完全偏振的。 x;cjl6Acm  
对于𝜑=22°,[attachment=124909]。此时,67%的光是TM偏振的。 Ol9'ZB|R  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 (&U8NeWZ  
\*0ow`|K  
Passilly等人更深入的光栅案例。 BEkxH.   
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。 u^T{sQ"_  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 [C]u!\(IF  
n3t0Qc  
[attachment=124910] b[3K:ot+  
0N~AQu  
光栅结构参数 ~97T0{E3  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 `eat7O  
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。 DV(^h$1_  
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。 A3C#w J  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 vt" 7[!O  
[attachment=124911] (0Xgv3wd  
{U&*8Q(/  
光栅#1——参数 AK/_^?zAs  
假设侧壁倾斜为线性。 $4\,a^  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。  'mz _JM  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 VQ/<MY C  
光栅周期:250 nm p2;-*D  
光栅高度:660 nm {]aB3  
填充因子:0.75(底部) vt3yCS  
侧壁角度:±6° xG05OqKpE  
n_1:1.46 gu[3L  
n_2:2.08 c[4  H  
$:R"IqDG  
[attachment=124912] iD)R*vnAi  
er Cl@sq  
光栅#1——结果 Ldnw1xy  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 ]urrAIK  
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。 CY&Z*JI"'B  
T/#$44ub  
[attachment=124913]   t0*JinK I  
}5Yd:%u5  
光栅#2——参数 RzG<&a3B3s  
假设光栅为矩形。 []D@"Bz  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -v*wT*I1  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ppt`5F O  
光栅周期:250 nm -z]v"gF?Px  
光栅高度:490 nm w\ U fq  
填充因子:0.5 _q >>]{5  
n_1:1.46 ~ l~ai>/  
n_2:2.08 Re3vW re  
v Dgf}  
[attachment=124914] -MrEJ  
N-fGc?E  
光栅#2——结果 |kL^k{=zV  
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。 9S ~!!7oj  
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。 kK]JN  
   9IgozYj  
[attachment=124915]
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