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2024-01-09 08:05 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 n/S+0uT -F MonM 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。 <,D*m+BWn Zn[ppsz| [attachment=124900] >T-4!ZvS\j 1x%B`d 任务说明 (p<pF]. [v`kqL~ [attachment=124901] l z-I[*bA zE~Xxp 简要介绍衍射效率与偏振理论 KD?b|y@ 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。 W2'!Pc,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: BvUiH<-D [attachment=124902] n#@ Qd!uzM 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。 mhB2l/ 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: h J0U-m [attachment=124903] SmIcqM 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]。 AREjS$ <y?=;54a 光栅结构参数 +wxsAGy_j 研究了一种矩形光栅结构。 5lM2nhlf'b 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 Sa
kew 根据上述参数选择以下光栅参数: gtePo[ZH.P 光栅周期:250 nm _,/~P) 填充因子:0.5 5JHEBw5W% 光栅高度:200 nm -:E~Z_J` 材料n_1:熔融石英(来自目录) Np aS2q-d 材料n_2:二氧化钛(来自目录) u@CQ+pnf:( W/AF [attachment=124905] *ifz@8C } keFH
CC 偏振态分析 5~j#Z (}u 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 e.~11bx 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。 D~#%^a+Aq_ 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。 2;0eW&e
|Wjpnz [attachment=124906] G? XS-oSv hidQO h 模拟光栅的偏振态 ,[)l>!0\H uxB` [attachment=124907] P=_fYA3
Hf\sF(, ( 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: tRZ4\Bu 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。 {M5t)-
对于𝜑=22°,[attachment=124909]。此时,67%的光是TM偏振的。 b?c/J{me 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 qR_>41JU" D:f=Z?L)> Passilly等人更深入的光栅案例。 %qiVbm0 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。 lo(C3o' 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Jv+w{"& Q;g7<w17 [attachment=124910] O9p s?{g sRA2O/yKCE 光栅结构参数 _OyQ:>M6P 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 x7U=1y( 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。 W\NC3] 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。 23WrJM!2N 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 >6HGh#0(p [attachment=124911] 6(rN(C "ayV8{m^3 光栅#1——参数 N+@ Ff3M 假设侧壁倾斜为线性。 t>/x-{bH\ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
S#?2E8 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 3h d30o 光栅周期:250 nm sQac%.H;`U 光栅高度:660 nm J E7m5kTa 填充因子:0.75(底部) 6{Q-]LOc[. 侧壁角度:±6° .<F46?HS n_1:1.46 j~G(7t n_2:2.08 dpw-a4o} e-`.Ht [attachment=124912] eNK[P=- DZtpY{=Z 光栅#1——结果 #-<Go'yF 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 [I3Nu8 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。 t4[q:[1 @,TIw[p [attachment=124913] Z17b=xJw k#Sr; " 光栅#2——参数 YE~IO5 假设光栅为矩形。 _ERtL5^ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 T\uIXL?3 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 6]Hwr_/tk 光栅周期:250 nm $Gv@lZ@= 光栅高度:490 nm .R)P
|@z L 填充因子:0.5 _&BK4?H@b n_1:1.46 8 O9^g4? n_2:2.08 dAx
? , Z%]K,9K [attachment=124914] -smN}*3[ )>:~XA|? 光栅#2——结果 jRU:un4 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。 1>j,v+ 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。 "u!gfG?oH Y~g{9 <! [attachment=124915]
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