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2024-01-09 08:05 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 BL1d=%2R }}gtz-w 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。 (e_ l1O? S$NJmXhx5 [attachment=124900] _DLELcH
Y nUf0TkA 任务说明 s%i
\z }/ fRomP-S [attachment=124901] -SUK [<=X Y4{/P1F 简要介绍衍射效率与偏振理论 (qDPGd*1 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。 ]\(Ho
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: 0t2n7Y?N [attachment=124902] l-?#oy 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。 G|.6%- 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: =+w!fy [attachment=124903] g+3_ $qIQ+ 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]。 *NCkC
~4 <ZjT4>< 光栅结构参数 =hi{J
M 研究了一种矩形光栅结构。 ,ut7`_Fy 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 bkFO4OZd 根据上述参数选择以下光栅参数: /Csk"IfuO 光栅周期:250 nm 9Xh1i`.D 填充因子:0.5 *>E_lWW. 光栅高度:200 nm 6 l7iX] 材料n_1:熔融石英(来自目录) /z`.- D( 材料n_2:二氧化钛(来自目录) KpC!C9 xq&r|el [attachment=124905] Q#zU0K*^ (Rh$0^)A 偏振态分析 W0XfU` 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 1xjWD30 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。 bMB*9<c~ 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。 HsKq/Oyk 5Zn: $?7 [attachment=124906] m\G45%m F+)g!NQZ 模拟光栅的偏振态 ?D;7ut$~ +h@ZnFp3 [attachment=124907] /Xl(>^|& u4h.\ul8% 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: VI]~uTV 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。 +<bvh<]Od 对于𝜑=22°,[attachment=124909]。此时,67%的光是TM偏振的。 N"s"^}M\ 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 -f["1-A kQD~v+u{` Passilly等人更深入的光栅案例。 mcTC'. 9 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。 GD%qrK? 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 '0v]?mM $kc cM&B [attachment=124910] zMh`Uqid |f1RhB 光栅结构参数 hWi2S!*Y 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ,*8)aZ1k 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 ndu$N$7+ 由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 |k#EYf#Y 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 B]I*ymc# [attachment=124911] |?
rO |h& q 光栅#1——参数 ;gLOd5*0 假设侧壁倾斜为线性。 j\iNag( 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 e!vWGnY 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 E:Ul_m8 光栅周期:250 nm }=A+W2D 光栅高度:660 nm iUq_vQ@}} 填充因子:0.75(底部) <Ok7-:OxA 侧壁角度:±6° Q5]rc`}
5 n_1:1.46 q"Sja!-;| n_2:2.08 ;
W$.>*O a:KL{e[ [attachment=124912] 9M-W 1prb 0-p
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光栅#1——结果 q8MyEoc:n 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 `>=@Kc 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。 r,q.RWuII
J^!wk9q [attachment=124913] 6=96 ^o* pm2] 光栅#2——参数 2 ,krVb?< 假设光栅为矩形。 >sQf{uL 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 qe/5'dw 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 xeKm} MN]S 光栅周期:250 nm #Q BW%L 光栅高度:490 nm #<G:& 填充因子:0.5 ~MP/[,j` n_1:1.46 W6):IW(E n_2:2.08 ( dh9aR_a $`P]%I} [attachment=124914] Pm QeO*f+ Zzmo7kFx3 光栅#2——结果 ?rziKT5OOC 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。 k"E|E";B 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。 2InM(p7j~K !wC(
]Y [attachment=124915]
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