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2024-01-09 08:05 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 v9t'CMU yaHkWkl
= 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。 cnG>EG 2%H_%Zu9 [attachment=124900] .I^Y[_.G }R hSt] 任务说明 Sj8fo^K50 "`a,/h' [attachment=124901] a
[f}-t9 jz\>VYi(7 简要介绍衍射效率与偏振理论 f&$$*a 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。 @;S)j!m` 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: {?3i^Q=V [attachment=124902] 4>Nig.# 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。 <9;X1XtpI 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: zMO xJ [attachment=124903] lhBAT%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[attachment=124904]。 wx2 z 9Q IZd~Am3f 光栅结构参数 ?]TtUoY=)F 研究了一种矩形光栅结构。
\vW'\} 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 c/(Dg$DbX 根据上述参数选择以下光栅参数: ZA'0q 光栅周期:250 nm ]^@m $O 填充因子:0.5 ~ntDzF 光栅高度:200 nm (^<skx> 材料n_1:熔融石英(来自目录) b,(<74!#8 材料n_2:二氧化钛(来自目录) <LX-},?P N[yS heT [attachment=124905] IhK%.B{dZ R+Ug;r-[ 偏振态分析 ^Q!A4qOQ 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 7!6v4ZA 如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 4'N 4,3d$ 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。 JbXi|OS/ zzT4+wy` [attachment=124906] Go[anf m\|EM'@k 模拟光栅的偏振态
-"bC[ WN jgfr_"@A [attachment=124907] iU#"G" & ^r{N^ 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: 5/HkhTyj 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。 81)i>] 对于𝜑=22°,[attachment=124909]。此时,67%的光是TM偏振的。 j`MK\*qmz 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 YH{n Sa:;j4 Passilly等人更深入的光栅案例。 %e+*&Z', 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。 RiIafiaD 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*aH6* -L
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T [attachment=124910] (:}}p}u g$qM}#s0} 光栅结构参数 3u,B< 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 FbW$H]C$ 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。 Xpfw2;`U' 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。 @q{.shqo 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 IPt
!gSp [attachment=124911] hF5(1s}e$ /9?yw! 光栅#1——参数 (!9+QXb' 假设侧壁倾斜为线性。 qGP} 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 pLMaXX~4_ 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 s Dsq:z 光栅周期:250 nm KfQR(e9n 光栅高度:660 nm IL"N_ux~w~ 填充因子:0.75(底部) "2PT]! 侧壁角度:±6° Cli:;yi&n n_1:1.46 }gd'pgN"t n_2:2.08 cPg{k}9Tvy ,z>w^_ [attachment=124912] A5sz[k ^szi[Cj 光栅#1——结果 Qr?1\H:Lq 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 3L{)Y`P 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。 g3(LDqB'. @\a~5CLN [attachment=124913] nt%p@e!, 8wn{W_5a 光栅#2——参数 ff00s+ 假设光栅为矩形。 x]t$Zb/Uxa 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 B_XX)y %V 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ,}wFQ9*|W 光栅周期:250 nm kX+98?h-C 光栅高度:490 nm as[! 9tB] 填充因子:0.5 .s KfwcYu4 n_1:1.46 r^ABu_u(`I n_2:2.08 |n~,{= 6r`Xi& [attachment=124914] 4`")aM CW]Th-xc 光栅#2——结果 NB-%Tp*d 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。 (ki= s+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。 J
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